JP5767578B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数のアンテナを備えたアンテナ装置に関する。

無線通信の用途拡大に伴い、種々の周波数帯域で動作するアンテナが求められている。例えば、車載用アンテナとしては、ＦＭ／ＡＭ放送、地上デジタル放送、３Ｇ（3rd Generation：第３世代携帯電話）、ＧＰＳ（Global Positioning System：全地球測位システム）、ＶＩＣＳ（登録商標）（Vehicle Information and Communication System：道路交通情報通信システム）、ＥＴＣ（Electronic Toll Collection：電子料金徴収システム）等の周波数帯域で動作するアンテナ等が求められている。

従来、相異なる周波数帯域で動作するアンテナは、別体のアンテナ装置として実現されることが多かった。例えば、ＦＭ／ＡＭ放送用のアンテナは、ルーフトップに載せ置くホイップアンテナとして実現され、地上デジタル放送用のアンテナは、フロントガラスに貼り付けるフィルムアンテナとして実現されるといった具合である。

しかし、自動車においてアンテナ装置を取り付け可能な部位は限られている。また、取り付けるアンテナ装置の個数が増えると、意匠が損なわれたり、取り付けコストが増大したりするといった問題を生じる。このような問題を回避するためには、統合アンテナ装置の使用が効果的である。ここで、統合アンテナ装置とは、相異なる周波数帯域で動作する複数のアンテナを備えたアンテナ装置のことを指す。

このような統合アンテナ装置としては、例えば、特許文献１〜４に記載のものなどが挙げられる。特許文献１に記載の統合アンテナ装置は、ＧＰＳ用及びＥＴＣ用を備えたものである。特許文献２に記載の統合アンテナ装置は、３Ｇ用及びＧＰＳ用のアンテナを備えたものである。特許文献３に記載の統合アンテナ装置は、ＥＴＣ用、ＧＰＳ用、ＶＩＣＳ用、電話用メイン、及び電話用サブのアンテナを備えたものである。特許文献４に記載の統合アンテナ装置は、ＧＰＳ用、ＥＴＣ用、第１電話用、及び第２電話用のアンテナを備えたものである。

特開２００７−１５８９５７号公報（２００７年 ６月２１日公開） 特開２００９− １７１１６号公報（２００９年 １月２２日公開） 特開２００９−２６７７６５号公報（２００９年１１月１２日公開） 特開２０１０− ８１５００号公報（２０１０年 ４月 ８日公開）

しかしながら、上記従来の統合アンテナ装置においては、各アンテナを構成する放射素子が互いに重なり合わないように配置されており、小型化が困難であるという問題があった。各アンテナを構成する放射素子を互いに重なり合わないように配置するのは、各アンテナのアンテナ特性が他のアンテナの存在によって損なわれないようにするためである。

例えば、特許文献１に記載の統合アンテナ装置においては、ＧＰＳ用アンテナを構成する放射素子の中央開口部からＥＴＣ用アンテナを臨出させる構成を採用している。このため、中央開口部がＥＴＣアンテナを包含するように、ＧＰＳ用アンテナの放射素子を大型化する必要がある。

また、特許文献２に記載の統合アンテナ装置は、ベースに立設されたアンテナ基板の表裏に、互いに重なり合わないように３Ｇ用アンテナとＧＰＳ用アンテナとを貼り付けたものである。したがって、アンテナ基板に直交する方向から見たサイズを小さくすることが困難であり、低背化の要求に応えることができない。

また、特許文献３に記載の統合アンテナは、スペースファクタを考慮することなく、５つのアンテナを互いに重なり合わないように配置しただけのものである。これに対し、特許文献４に記載の統合アンテナ装置においては、ＥＴＣアンテナをＧＰＳアンテナの一部に重ね合わせて配置する工夫が見られる。しかしながら、ＥＴＣアンテナにおいてＧＰＳアンテナと重ね合わせられる部分は僅かであり、本質的な小型化に資するものではない。

また、特許文献１〜４に記載の技術は、何れもＧＨｚ領域で動作するアンテナ同士を統合するためのものであり、地上デジタル放送などＭＨｚ領域で動作するアンテナをＧＨｚ領域で動作するアンテナと統合するためのものではない。地上デジタル放送を受信するためのチューナがナビゲーションシステムに統合されている昨今、ＭＨｚ領域で動作するアンテナとＧＨｚ領域で動作するアンテナとの統合に対するニーズが高まっているが、特許文献１〜４に記載の技術では、このニーズに応えることができないという副次的な問題がある。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、受信障害が生じる可能性を抑えつつ、複数の平面アンテナを備えたアンテナ装置の小型化を実現することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係るアンテナ装置は、台座と、上記台座に取り付けられた複数の平面アンテナであって、周波数帯域の異なる電磁波を受信する複数の平面アンテナと、を備え、上記複数の平面アンテナは、標準電界強度のより強い電磁波を受信する平面アンテナが標準電界強度のより弱い電磁波を受信する平面アンテナよりも上記台座側に位置するように積層されている、ことを特徴とする。

上記の構成によれば、上記複数の平面アンテナを積層したことにより、上記アンテナ装置を従来よりも小型化することができる。特に、各平面アンテナに直交する方向から見たサイズを小さくすることができる。しかも、上記の構成によれば、標準電界強度のより強い電磁波を受信する平面アンテナを標準電界強度のより弱い電磁波を受信する平面アンテナよりも上記台座側に配置したことにより、標準電界強度の弱い電磁波が標準電界強度の強い電磁波を受信する平面アンテナの遮蔽作用によって減衰し、受信障害が生じる可能性を低下させることができる。

本発明に係るアンテナ装置において、上記複数の平面アンテナには、互いに隣接する少なくとも３つの平面アンテナが含まれており、上記３つの平面アンテアのうち、第１の平面アンテナと第３の平面アンテナとに挟まれた第２の平面アンテナは、メアンダ部を有する放射素子と、上記メアンダ部上の点同士を短絡する短絡部とを備えたループアンテナである、ことが好ましい。

上記の構成によれば、上記短絡部の配置を適宜調整することによって、上記第２の平面アンテナの特性を、上記第１の平面アンテナと上記第３の平面アンテナとに挟まれた状態において、所望の特性とすることができる。ここで、所望の特性とは、例えば、上記第２の平面アンテナが受信する電磁波（例えば、地上デジタル放送波）の周波数帯域における上記第２の平面アンテナのＶＳＷＲ値が所望の値（例えば、３．５以下）になることを指す。

本発明に係るアンテナ装置において、上記複数の平面アンテナは、互いに５ｍｍ以上離隔している、ことが好ましい。

平面アンテナ間の距離が５ｍｍよりも小さい場合、平面アンテナ間の容量性結合が大きくなり、各平面アンテナにおける損失が増大する。上記の構成によれば、このような損失増大が生じることがないので、受信障害が生じ難いアンテナ装置を実現することができる。

本発明に係るアンテナ装置において、上記複数の平面アンテナのうち、最上層に配置された平面アンテナは、放射強度が最大となる放射方向（以下「最大強度放射方向」と記載）がアンテナ形成面と直交する平面アンテナである、ことが好ましい。

最大強度放射方向がアンテナ形成面と直交する平面アンテナの受信感度は、その平面アンテナよりも上層に配置された平面アンテナの遮蔽作用により著しく低下し得る。しかし、上記の構成によれば、最大強度放射方向がアンテナ形成面と直交する平面アンテナよりも上層に他の平面アンテナが配置されることがないので、そのような受信感度の低下は生じ得ない。すなわち、上記の構成によれば、最大強度放射方向がアンテナ形成面と直交する平面アンテナを含むアンテナ装置においても、受信障害が生じる可能性を抑えることができる。

なお、最上層に配置された平面アンテナとは、上記複数の平面アンテナのうち、上記台座から最も遠い位置に配置された平面アンテナのことを指す。

本発明に係るアンテナ装置において、上記複数の平面アンテナのうち、最上層に配置された平面アンテナは、衛星を送信局とする電磁波を受信する平面アンテナである、ことが好ましい。

衛星を送信局とする電磁波を受信する平面アンテナの受信感度は、その平面アンテナよりも上層に配置された平面アンテナの遮蔽作用により著しく低下し得る。しかし、上記の構成によれば、衛星を送信局とする電磁波を受信する平面アンテナよりも上層に他の平面アンテナが配置されることがないので、上記のような受信感度の低下は生じ得ない。すなわち、上記の構成によれば、衛星を送信局とする電磁波を受信する平面アンテナを含むアンテナ装置においても、受信障害が生じる可能性を低く抑えることができる。

なお、最上層に配置された平面アンテナとは、上記複数の平面アンテナのうち、上記台座から最も遠い位置に配置された平面アンテナのことを指す。

本発明に係るアンテナ装置において、上記複数の平面アンテナのうち、最下層に配置された平面アンテナは、地板を備えた平面アンテナである、ことが好ましい。

地板を備えた平面アンテナは、地板の遮蔽作用によって、その平面アンテナよりも下層に配置された他の平面アンテナの受信感度を著しく低下させてしまう可能性がある。しかし、上記の構成によれば、地板を備えた平面アンテナよりも下層に他の平面アンテナが配置されることがないので、上記のような受信感度の低下は生じ得ない。すなわち、上記の構成によれば、地板を備えた平面アンテナを含むアンテナ装置においても、受信障害が生じる可能性を低く抑えることができる。

なお、地板を備えた平面アンテナとしては、例えば、モノポールアンテナ、モノポールアンテナの放射素子をＬ字状に折り曲げた逆Ｌアンテナ、逆Ｌアンテナに短絡部を付加した逆Ｆアンテナ、及び、これらのアンテナにおいて放射素子を折り曲げた、又はメアンダ化したものなどが挙げられる。

本発明に係るアンテナ装置において、最下層に配置された平面アンテナに接続される同軸ケーブルは、該平面アンテナの上記台座側の面に接続され、上記台座に設けられた貫通孔を介して当該アンテナ装置の外部に引き出される、ことが好ましい。

上記の構成によれば、上記同軸ケーブルの周囲に形成された電界及び磁界に起因して生じる、他の平面アンテナに到達する電磁波の乱れを抑制することができる。すなわち、他の平面アンテナにて受信すべき電磁波の受信障害が生じる可能性を更に低減することができる。

本発明に係るアンテナ装置において、上記複数の平面アンテナは、より導体面積の小さい平面アンテナがより導体面積の大きい平面アンテナよりも上記台座側と反対側に位置するように積層されている、ことが好ましい。

導体面積の大きい平面アンテナほど遮蔽効果が高く、該平面アンテナよりも台座側に配置された平面アンテナの受信感度を低下させ易い。しかしながら、上記の構成によれば、このような受信感度の低下が生じ難い。したがって、受信障害が生じる可能性を更に低減することができる。

本発明によれば、受信障害が生じる可能性を抑えつつ、複数の平面アンテナを備えたアンテナ装置の小型化を実現することができる。

本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す分解斜視図である。 図１に示すアンテナ装置が備える第１の平面アンテナの構成を示す平面図である。 図１に示すアンテナ装置が備える第２の平面アンテナの構成を示す平面図である。 図１に示すアンテナ装置が備える第３の平面アンテナの構成を示す平面図である。

本発明に係るアンテナ装置の一実施形態について、図面に基づいて説明すれば以下のとおりである。

なお、以下に説明するアンテナ装置は、３枚の平面アンテナを備えたアンテナ装置である。また、以下に説明するアンテナ装置において、第１の平面アンテナは、３Ｇ（3rd Generation：第３世代携帯電話）用であり、第２の平面アンテナは、地上デジタル放送用であり、第３の平面アンテナは、ＧＰＳ（Global Positioning System：全地球測位システム）用である。ただし、本発明に係るアンテナ装置が備える平面アンテナの枚数及び用途は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明に係るアンテナ装置は、周波数帯域の異なる電磁波を受信する２枚以上の平面アンテナを備えたものであればよく、各平面アンテナの用途は、上記のものに限定されない。

〔アンテナ装置の構成〕
本実施形態に係るアンテナ装置１の構成について、図１を参照して説明する。図１は、アンテナ装置１の構成を示す分解斜視図である。

アンテナ装置１は、自動車のルーフへの搭載に適した車載用アンテナ装置であり、図１に示すように、ベース部１０と、レドーム部２０と、アンテナモジュール３０と、増幅回路基板５０とを備えている。本実施形態において、ベース部１０は、金属ベース１１と、樹脂ベース１２とにより構成され、アンテナモジュール３０は、３枚の平面アンテナ３１〜３３により構成される。

金属ベース１１は、先端（図１におけるｙ軸正方向側の端部）が丸まった馬蹄型の板状部材であり、その材質は金属である。この金属ベース１１の上面（図１におけるｚ軸正方向側の主面）には、複数のスペーサ１１ａ〜１１ｂが設けられている。丈の低いスペーサ１１ａは、第１の平面アンテナ３１の下面（図１におけるｚ軸負方向側の主面）との間に介在し、第１の平面アンテナ３１を金属ベース１１から離隔させるためのものである。また、丈の高いスペーサ１１ｂは、第２の平面アンテナ３２の下面との間に介在し、第２の平面アンテナ３２を金属ベース１１及び第１の平面アンテナ３１から離隔させるためのものである。なお、丈の低いスペーサ１１ｂは、第１の平面アンテナ３１と干渉しない位置に設けられる。

本実施形態において、丈の低いスペーサ１１ａの高さは、５ｍｍに設定され、丈の高いスペーサ１１ｂの高さは、１０ｍｍに設定される。これにより、第１の平面アンテナ３１は、金属ベース１１から５ｍｍ離隔され、第２の平面アンテナ３２は、金属ベース１１から１０ｍｍ、すなわち、第１の平面アンテナ３１から５ｍｍ離隔される。

樹脂ベース１２は、金属ベース１１と略同一形状の板状部材であり、その材質は樹脂である。樹脂ベース１２の外縁には、下方（図１におけるｚ軸負方向）に迫り出したスカート部１２ｃが設けられており、金属ベース１１は、このスカート部１２ｃに囲まれた樹脂ベース１２の裏側（図１におけるｚ軸負方向側）の空間に嵌め込まれる。また、樹脂ベース１２には、金属ベース１１の上面に設けられたスペーサ１１ａ〜１１ｂを貫通させるための貫通孔１２ａ〜１２ｂが設けられている。これは、金属ベース１１を樹脂ベース１２の裏側の空間に嵌め込んだときに、その上面に設けられたスペーサ１１ａ〜１１ｂを樹脂ベース１２の表側（図１におけるｚ軸正方向側）に露出させるためである。

レドーム部２０は、船底形のドーム状部材であり、その外縁が樹脂ベース１２の外縁（スカート部１２ｃの上端面）に接着される。これにより、ベース部１０とレドーム部２０とによって密閉された、アンテナモジュール３０を収容するための空間ができる。この密閉が保たれている限り、屋外環境においてもアンテナモジュール３０が雨水に晒される虞はない。また、レドーム部２０の材質は、樹脂である。このため、アンテナ装置１に到来した電磁波の電界強度がレドーム部２０によって減衰する虞はない。

アンテナモジュール３０は、３枚の平面アンテナ３１〜３３を積層することによって構成される。これら３枚の平面アンテナ３１〜３３の各々が受信する電磁波は、互いに周波数帯域の異なる電磁波である。すなわち、第１の平面アンテナ３１が受信する電磁波（以下「３Ｇ波」と記載）の周波数帯域は、８６０ＭＨｚ〜８９５ＭＨｚ、１４７５．９ＭＨｚ〜１５１０．９ＭＨｚ、１８４９．９ＭＨｚ〜１８７９．９ＭＨｚ、及び２１１０ＭＨｚ〜２１７０ＭＨｚの一部又は全部である。また、第２の平面アンテナ３２が受信する電磁波（以下「地上デジタル放送波」と記載）の周波数帯域は、４７０ＭＨｚ〜７７０ＭＨｚである。また、第３の平面アンテナ３３０が受信する電磁波（以下「ＧＰＳ波」と記載）の周波数帯域は、１２２７．６ＭＨｚ及び１５７５．４２ＭＨｚの少なくとも何れかである。なお、これら３枚の平面アンテナ３１〜３３の構成例については、図２〜図４を参照して後述する。

第１の平面アンテナ３１は、金属ベース１１の上面に設けられた丈の低いスペーサ１１ａ上に載置され、ネジ止めされる。ネジ止めに利用されるネジ（不図示）は、第１の平面アンテナ３１に設けられた貫通孔３１ａに下方（図１においてｚ軸負方向）から挿入され、スペーサ１１ａの内壁に切られたネジ山に螺合する。スペーサ１１ａの高さは共通（本実施形態においては５ｍｍ）なので、第１の平面アンテナ３１は、金属ベース１１の上面と平行になる。なお、第１の平面アンテナ３１の下面（図１においてｚ軸負方向側の主面）には、同軸ケーブル３１ｃが接続されている。この同軸ケーブル３１ｃは、樹脂ベース１２及び金属ベース１１に設けられた貫通孔を介して、アンテナ装置１の外部に引き出される。

第２の平面アンテナ３２は、金属ベース１１の上面に設けられた丈の高いスペーサ１１ｂ上に載置され、ネジ止めされる。ネジ止めに利用されるネジ（不図示）は、第２の平面アンテナ３２に設けられた貫通孔３２ｂに上方（図１においてｚ軸正方向）から挿入され、スペーサ１１ｂの内壁に切られたネジ山に螺合する。スペーサ１１ｂの高さは共通（本実施形態においては１０ｍｍ）なので、第２の平面アンテナ３２は、金属ベース１１の上面と平行になる（その結果、第１の平面アンテナ３１とも平行になる）。なお、第２の平面アンテナ３２の上面（図１においてｚ軸正方向側の主面）には、同軸ケーブル３２ｃが接続されている。この同軸ケーブル３２ｃは、後述する増幅回路基板５０に接続される。

第３の平面アンテナ３３は、スペーサ４０を介して第２の平面アンテナ３２上に載置され、ネジ止めされる。第３の平面アンテナ３３のネジ止めには、第２の平面アンテナ３２のネジ止めに用いられる５本のネジのうち、３本のネジが流用される。本実施形態において、スペーサ４０の高さは何れも５ｍｍである。したがって、第３の平面アンテナ３３は、第２の平面アンテナ３２と平行になる（その結果、第１の平面アンテナ３１とも平行になる）。また、第３の平面アンテナ３３は、第２の平面アンテナ３２から５ｍｍ離隔される。なお、第３の平面アンテナ３３の上面（図１においてｚ軸正方向側の主面）には、同軸ケーブル３３ｃが接続されている。この同軸ケーブル３３ｃは、後述する増幅回路基板５０に接続される。

増幅回路基板５０は、金属ベース１１の上面に設けられたスペーサ１１ｃ上に載置され、ネジ止めされる。増幅回路基板５０を支持するスペーサ１１ｃの高さは、第１の平面アンテナ３１を支持するスペーサ１１ａの高さと同一であり、増幅回路基板５０は、第１の平面アンテナ３１と同一の平面内に、第１の平面アンテナ３１と並んで配置される。

増幅回路基板５０には、２つの増幅回路が形成されている。一方の増幅回路は、第２の平面アンテナ３２にて生成された電気信号を増幅するためのものであり、同軸ケーブル３２ｃによって第２の平面アンテナ３２と接続される。また、他方の増幅回路は、第３の平面アンテナ３３にて生成された電気信号を増幅するためのものであり、同軸ケーブル３３ｃによって第３の平面アンテナ３３に接続される。

これら２つの増幅回路の入力端子は、何れも、増幅回路基板５０の上面（図１におけるｚ軸正方向側の主面）に設けられており、増幅回路基板５０よりも上層に配置された平面アンテナ３２〜３３から引き出された同軸ケーブル３２ｃ〜３３ｃを無理なく接続できるようになっている。一方、これら２つの増幅回路の出力端子は、増幅回路基板５０の下面（図１におけるｚ軸負方向側の主面）に設けられており、これらの出力端子に接続された出力ケーブル５１（２本の同軸ケーブルを結束したもの）は、増幅回路基板５０と樹脂ベース１２との間、及び、第１の平面アンテナ３１と樹脂ベース１２との間を通って、樹脂ベース１２及び金属ベース１１に設けられた貫通孔を介してアンテナ装置１の外部に引き出される。

以上のように、アンテナ装置１においては、３枚の平面アンテナ３１〜３３を積層することによってアンテナモジュール３０を構成している。これにより、アンテナモジュール３０の配置に要するスペースが削減され、その結果として、アンテナ装置１の小型化が実現されている。

このように、複数の平面アンテナを積層することによってアンテナモジュール３０を構成する場合、標準電界強度がより強い電磁波を受信する平面アンテナを、標準電界強度がより弱い電磁波を受信する平面アンテナよりも下層（ベース部１０側）に配置することが好ましい。換言すれば、標準電界強度がより弱い電磁波を受信する平面アンテナを、標準電界強度がより強い電磁波を受信する平面アンテナよりも上層（ベース部１０側とは反対側）に配置することが好ましい。

その理由は、以下のとおりである。すなわち、電界強度が弱い電磁波は、より上層に配置された他の平面アンテナの遮蔽作用による減衰が生じると、受信障害を帰結する可能性が高い。一方、電界強度が強い電磁波は、より上層に配置された他の平面アンテナの遮蔽作用による減衰が生じても、受信障害を帰結する可能性が低い。したがって、受信障害が生じる可能性を最小化するためには、上記の配置が最良である。

ここで、３Ｇ波の標準電界強度は、−２０ｄＢｍ程度であり、地上デジタル放送波の標準電界強度は、−６０ｄＢｍ程度であり、ＧＰＳ波の標準電界強度は、−１３０〜−１４０ｄＢｍ程度である。すなわち、３Ｇ波、地上デジタル放送波、ＧＰＳ波の標準電界強度を比べると、３Ｇ波の標準電界強度が最も強く、地上デジタル放送波の標準電界強度がその次に強く、ＧＰＳ波の標準電界強度が最も弱い。ここで、標準電界強度とは、標準的な受信環境における電界強度のことを指す。

このため、本実施形態においては、３つの平面アンテナ３１〜３３を、ベース部１０側から、（１）第１の平面アンテナ３１（３Ｇ用）、（２）第２の平面アンテナ３２（地上デジタル放送用）、（３）第３の平面アンテナ３３（ＧＰＳ用）の順に積層する構成を採用している。したがって、第１の平面アンテナ３１又は第２の平面アンテナ３２の遮蔽作用によって、第３の平面アンテナ３３に到達するＧＰＳ波の電界強度が減衰したり、第１の平面アンテナ３１の遮蔽作用によって、第２の平面アンテナ３２に到達する地上デジタル放送波の電界強度が減衰したりする虞がない。

なお、３Ｇ波及び地上デジタル放送波は、地上送信局から送信される電磁波であり、アンテナモジュール３０に水平方向（図１におけるｘｙ面内）から入射する成分を持つのに対し、ＧＰＳ波は、衛星送信局から送信される電磁波であり、アンテナモジュール３０に水平方向から入射する成分を殆ど持たない。したがって、第３の平面アンテナ３３は、第１〜第２の平面アンテナ３１〜３２と比べて、より上層に配置された他の平面アンテナの遮蔽作用を受け易い。この観点からしても、第３の平面アンテナ３３は、図１に示すように、最上層に配置されることが好ましい。

加えて、３つの平面アンテナ３１〜３３の設計に際しては、より上層に配置される平面アンテナにおける導体面積を、より下層に配置される平面アンテナにおける導体面積よりも小さくすることが好ましい。これは、導体面積の大きい平面アンテナほど遮蔽効果が高く、より下層に配置された平面アンテナの受信感度を低下させ易いからである。なお、導体面積とは、アンテナパターン（地板、放射素子、短絡部などの導体部分）が占める面積のことを指す。

また、アンテナ装置１においては、第１の平面アンテナ３１を支持するスペーサ１１ａの高さと、第２の平面アンテナ３２を支持するスペーサ１１ｂの高さとを５ｍｍ異ならせることによって、第２の平面アンテナ３２を第１の平面アンテナ３１から５ｍｍ離隔させる構成を採用している。また、第２の平面アンテナ３２と第３の平面アンテナ３３との間に高さ５ｍｍのスペーサを介在させることによって、第３の平面アンテナ３３を第２の平面アンテナ３２から５ｍｍ離隔させる構成を採用している。これは、平面アンテナ間の距離が５ｍｍよりも小さくなると、平面アンテナ間の容量性結合が大きくなり、各平面アンテナにおける損失が増大するためである。

また、アンテナ装置１においては、増幅不要な（すなわち、比較的強度の強い）電気信号が流れる同軸ケーブル３１ｃを、第１の平面アンテナ３１の下面に接続し、樹脂ベース１２及び金属ベース１１に設けられた貫通孔を介して、アンテナ装置１の外部に引き出す構成を採用している。このため、同軸ケーブル３１ｃの周囲に形成された電界及び磁界に起因する、第２の平面アンテナ３２に到達する地上デジタル放送波の乱れ、及び、第３の平面アンテナ３３に到達するＧＰＳ波の乱れを抑制することができる。すなわち、地上デジタル放送及びＧＰＳ波の受信障害が生じる可能性を更に低減することができる。

同様に、アンテナ装置１においては、増幅後の（すなわち、比較的強度の強い）電気信号が流れる出力ケーブル５１を、増幅回路基板５０の下面に接続し、樹脂ベース１２及び金属ベース１１に設けられた貫通孔を介してアンテナ装置１の外部に引き出す構成を採用している。このため、出力ケーブル５１の周囲に形成された電界及び磁界に起因する、第２の平面アンテナ３２に到達する地上デジタル放送波の乱れ、及び、第３の平面アンテナ３３に到達するＧＰＳ波の乱れも抑制することができる。すなわち、地上デジタル放送及びＧＰＳ波の受信障害が生じる可能性を更に低減することができる。

〔第１の平面アンテナの構成例〕
次に、第１の平面アンテナ３１の構成例について、図２を参照して説明する。図２は、第１の平面アンテナ３１の構成を示す平面図である。第１の平面アンテナ３１は、２枚の誘電体層（例えば、ポリイミドフィルム）と、これら２枚の誘電体層に挟持されたアンテナパターン１００とにより構成される。アンテナパターン１００は、地板１０１と放射素子１０２と短絡部１０３とを備え、３Ｇ用の逆Ｆアンテナとして動作する。

地板１０１は、４０ｍｍ×８０ｍｍの板状導体であり、例えば、銅箔により構成される。地板１０１は、長方形状であり、その長辺がｙ軸と平行になるように配置される。放射素子１０２は、幅３ｍｍの帯状導体であり、例えば、銅箔により構成される。放射素子１０２は、直線状であり、地板１０１のｘ軸負方向側の長辺に沿って配置される。放射素子１０２の長さは、３Ｇ波の波長の約１／４、具体的には、８０ｍｍに設定されている。

放射素子１０２には、地板１０１に向かって突出する凸部１０２ａが形成されており、同軸ケーブル３１ｃ（図１参照）の内側導体と接続される第１の給電点１００ａが、この凸部１０２ａに設けられる。一方、同軸ケーブル３１ｃの外側導体と接続される第２の給電点１００ｂは、この凸部１０２ａに対向する地板１０１上の領域に設けられる。なお、同軸ケーブル３１ｃは、地板１０１及び放射素子１０２の下面側（図２におけるｚ軸負方向側）に接続される。

短絡部１０３は、一端が地板１０１に接続され、他端が放射素子１０２に接続された、幅１ｍｍの帯状導体であり、例えば、銅箔により構成される。短絡部１０３の形状は、アンテナパターン１００の入力インピーダンスが同軸ケーブル３１ｃの出力インピーダンス（例えば、５０Ω）と整合するように決定される。本実施形態においては、（１）ｙ軸負方向に伸びる第１の直線部１０３ａと、（２）第１の直線部１０３ａのｙ軸負方向側の端部からｘ軸負方向に伸びる第２の直線部１０３ｂと、（３）第２の直線部１０３ｂからｙ軸正方向に伸びる第３の直線部１０３ｃとからなる短絡部１０３を用い、（ａ）第１の直線部１０３ａのｙ軸正方向側の端部を地板１０１の一角（ｘ軸負方向側かつｙ軸負方向側の角）に接続し、（ｂ）第３の直線部１０３ｃのｙ軸正方向側の端部を放射素子１０２の凸部１０２ａに接続することによって、同軸ケーブル３１ｃとのインピーダンス整合を図っている。

アンテナパターン１００において注目すべきは、放射素子１０２と対向する地板１０１の角（ｘ軸負方向側かつｙ軸負方向側の角）にアールが付けられている点である。このアールの半径を大きくすると、地板１０１と放射素子１０２との間の容量性結合が弱くなり、アンテナパターン１００の入力インピーダンスのリアクタンス成分が低下する。本実施形態においては、このアールの半径を１０ｍｍとすることにより、同軸ケーブル３１ｃとのインピーダンス整合を高めている。

〔第２の平面アンテナの構成例〕
次に、第２の平面アンテナ３２の構成例について、図３を参照して説明する。図３は、第２の平面アンテナ３２の構成例を示す平面図である。第２の平面アンテナ３２は、２枚の誘電体層（例えば、ポリイミドフィルム）と、これら２枚の誘電体層に挟持されたアンテナパターン２００とにより構成される。アンテナパターン２００は、放射素子２０１と短絡部２０２ａ〜２０２ｂとを備え、地上デジタル放送用のループアンテナとして動作する。

放射素子２０１は、幅１ｍｍ（直線部２０１ａ１及び直線部２０１ａ１’を除く）の帯状導体であり、例えば、銅箔により構成される。放射素子２０１の長さは、地上デジタル放送波の波長の約１／４、具体的には、１６０ｍｍに設定されている。

放射素子２０１は、巻込部２０１ａと、第１メアンダ部２０１ｂと、第２メアンダ部２０１ｃとを構成するように折り曲げられている。

巻込部２０１ａは、放射素子２０１の２つの根本部を、互いに巻き込み合うように折り曲げることにより構成されている。もう少し具体的に言うと、以下のように構成されている。すなわち、放射素子２０１の一方の根本部は、（１）放射素子２０１の一端からｘ軸正方向に伸びる第１直線部２０１ａ１と、（２）第１直線部２０１ａ１のｘ軸正方向側の端部からｙ軸負方向に伸びる第２直線部２０１ａ２と、（３）第２直線部２０１ａ２のｙ軸負方向側の端部からｘ軸負方向に伸びる第３直線部２０１ａ３とを構成するように折り曲げられている。また、放射素子２０１の他方の根本部は、（１）放射素子２０１の他端からｘ軸負方向に伸びる第１直線部２０１ａ１’と、（２）第１直線部２０１ａ１’のｘ軸負方向側の端部からｙ軸正方向に伸びる第２直線部２０１ａ２’と、（３）第２直線部２０１ａ２’のｙ軸正方向側の端部からｘ軸正方向に伸びる第３直線部２０１ａ３’と、（４）第３直線部２０１ａ３’のｘ軸正方向側の端部からｙ軸負方向に伸びる第４直線部２０１ａ４’と、（５）第４直線部２０１ａ４’のｙ軸負方向側の端部からｘ軸負方向に伸びる第５直線部２０１ａ５’とを構成するように折り曲げられている。そして、上記一方の根本部は、第１〜第３直線部２０１ａ１〜２０１ａ３が上記他方の根本部の第１直線部２０１ａ１’を三方から取り囲むように配置され、上記他方の根本部は、第１〜第３直線部２０１ａ１’〜２０１ａ３’が上記一方の根本部の第１直線部２０１ａ１を三方から取り囲むように配置される。

同軸ケーブル３２ｃ（図１参照）の内側導体が接続される第１の給電点２００ａは、上記他方の根本部の第１直線部２０１ａ１’の中央に設けられ、同軸ケーブル３２ｃの外側導体が接続される第２の給電点２００ｂは、上記一方の根本部の第１直線部２０１ａ１の中央部に設けられる。第１直線部２０１ａ１及び第４直線部２０１ａ１’の幅を放射素子２０１のその他の部分よりも広く（具体的には、８ｍｍ）にしているのは、アンテナパターン２００の入力インピーダンスを同軸ケーブル３２ｃの出力インピーダンス（例えば、５０Ω）に整合させるためである。なお、なお、同軸ケーブル３２ｃは、放射素子２０１の上面側（図３におけるｚ軸正方向側）に接続される。

放射素子２０１から上記２つの根本部を除いた中間部は、第１のメアンダ部２０１ｂ及び第２のメアンダ部２０１ｃを構成している。第１のメアンダ部２０１ｂは、放射素子２０１の中間部の上記一方の根本部側を、ｙ軸方向に伸びる短直線部とｘ軸方向に伸びる長直線部とが交互に連なるように蛇行させたものである。また、第２のメアンダ部２０１ｃは、放射素子２０１の中間部の上記他方の根本部側を、ｙ軸方向に伸びる長直線部とｘ軸方向に伸びる短直線部とが交互に連なるように蛇行させたものである。このようなメアンダ部２０１ｂ〜２０１ｃを設けることによって、放射素子２０１の長さを保ったまま、放射素子２０１の実装面積を縮小することが可能になる。

アンテナパターン２００において注目すべきは、メアンダ部２０１ｂ〜２０１ｃ上に短絡部２０２ａ〜ｂが設けられている点である。短絡部２０２ａ〜２０２ｂは、それぞれ、メアンダ部２０１ｂ〜２０１ｃ上の点同士を短絡するための構成であり、例えば、銅箔によって構成される。このような短絡部２０２ａ〜ｂを設けることによって、アンテナパターン２００に近接する導体の影響によって生じ得る、地上デジタル放送波の周波数帯域におけるＶＳＷＲ特性の悪化を抑制することができる。なお、アンテナ装置１において、アンテナパターン２００に近接する導体としては、第１の平面アンテナ３１を構成するアンテナパターン１００や第３の平面アンテナ３３を構成するアンテナパターン３００（後述）などが挙げられる。

短絡部２０２ａ〜ｂを設けることによって、地上デジタル放送波の周波数帯域におけるＶＳＷＲ特性が悪化を抑制できる理由は以下のとおりである。すなわち、短絡部２０２ａ〜２０２ｂを設けることによって、アンテナパターン２００に新たな電流路が生じる。その結果、アンテナパターン２００の共振点が増加し、地上デジタル放送波の周波数帯域におけるＶＳＷＲ値が低下する。特に、図３に示すように、第１のメアンダ部２０１ｂ上の点と第２のメアンダ部２０１ｃ上の点とを短絡する構成を採用した場合、第１のメアンダ部２０１ｂ上の点同士のみ、あるいは、第２のメアンダ部２０１ｃ上の点同士のみを短絡する場合と比べて、上記の効果は一層顕著となる。

なお、短絡部２０２ａ〜２０２ｂの形状及び位置は、放射素子２０１が導体板と平行に、かつ、導体板から５ｍｍ離隔して配置された状態において、地上デジタル放送の周波数帯域でのＶＳＷＲ値が短絡部２０２ａ〜２０２ｂを配置していない場合よりも小さくなるように決める。より好ましくは、同状態において、地上デジタル放送の周波数帯域におけるＶＳＷＲの最大値が３．５以下になるように決める。このようにして短絡部２０２ａ〜２０２ｂの形状及び位置を決定すれば、アンテナパターン２００が第１の平面アンテナ３１及び第３の平面アンテナ３３と平行に、かつ、第１の平面アンテナ３１及び第３の平面アンテナ３３から５ｍｍ離隔して配置されるアンテナ装置１においても、アンテナパターン２００を用いて地上デジタル放送を正常に受信することができる。

なお、図３に示す第２の平面アンテナ３２における導体面積は、図２に示す第１の平面アンテナ３１における導体面積よりも小さい点に留意されたい。したがって、第２の平面アンテナ３２における導体面積を第１の平面アンテナ３１における導体面積よりも大きくした場合と比べて、第２の平面アンテナ３２の遮蔽効果によって３Ｇ波の受信障害が生じる可能性が低くすることができる。

〔第３の平面アンテナの構成例〕
次に、第３の平面アンテナ３３の構成ついて、図４を参照して説明する。図４は、第３の平面アンテナ３３の構成を示す平面図である。第３の平面アンテナ３３は、２枚の誘電体層（例えば、ポリイミドフィルム）と、これら２枚の誘電体層に挟持されたアンテナパターン３００とにより構成される。アンテナパターン３００は、放射素子３０１と、２つの短絡部３０２〜３０３とを備え、ＧＰＳ用のループアンテナとして動作する。

放射素子３０１は、短軸３５ｍｍ、長軸７０ｍｍの楕円上に配置され最大幅５ｍｍ、最小幅１ｍｍの帯状導体であり、例えば、銅箔により構成される。放射素子３０１は、長軸方向がｙ軸と平行になるように配置され、放射素子３０１の幅は、上記楕円の中心から見て０時及び６時の方向において最大となり、３時及び９時の方向において最小となる（図４におけるｙ軸正方向を０時の方向とする）。

放射素子３０１の一端は、上記楕円の中心から見て９時の方向に位置し、該端に同軸ケーブル３３ｃ（図１参照）の内側導体が接続される第１の給電点３００ａが設けられる。放射素子３０１の他端は、上記円周の中心から見て９時弱の方向に位置し、該端に形成された凸部に同軸ケーブル３３ｃの外側導体が接続される第２の給電点３００ｂが設けられる。なお、同軸ケーブル３３ｃは、放射素子３０１の上面側（図４においてｚ軸正方向側）に接続される。

２つの短絡部３０２〜３０３は、アンテナパターン３００の入力インピーダンスを、給電ケーブルの出力インピーダンス（例えば、５０Ω）に整合させるための構成である。

第１の短絡部３０２は、帯状導体をＬ字型に折り曲げたものであり、例えば、銅箔により構成される。第１の短絡部３０２の一端は、放射素子３０１の、上記楕円の中心から見て０時の方向に位置する部分に接続され、第１の短絡部３０２の他端は、放射素子３０１の、上記楕円の中心から見て３時弱の方向に位置する部分に接続される。

第２の短絡部３０３は、第１の短絡部３０２と同様、帯状導体をＬ字型に折り曲げたものであり、例えば、銅箔により構成される。第２の短絡部３０３の一端は、放射素子３０１の、上記楕円の中心から見て６時の方向に位置する部分に接続され、第１の短絡部３０３の他端は、放射素子３０１の、上記楕円の中心から見て９時弱の方向に位置する部分に接続される。

上記のように構成された第３の平面アンテナ３３は、放射強度が最大となる放射方向がアンテナ形成面（図４におけるｘｙ平面）と直交する指向性を有し、衛星送信局から送信されるＧＰＳ波を受信するのに好ましい。なお、第３の平面アンテナ３３の受信感度は、第３の平面アンテナ３３よりも上層（図４においてｚ軸正方向側）に配置された他の平面アンテナの遮蔽作用により著しく低下し得る。しかし、アンテナ装置１においては、第３の平面アンテナ３３よりも上層に他の平面アンテナが配置されることがないので、そのような受信感度の低下が生じる虞はない。

なお、図４に示す第３の平面アンテナ３３における導体面積は、図３に示す第２の平面アンテナ３２における導体面積よりも更に小さい点に留意されたい。したがって、第３の平面アンテナ３３における導体面積を第２の平面アンテナ３２における導体面積よりも大きくした場合と比べて、第３の平面アンテナ３３の遮蔽効果によって地上デジタル放送波の受信障害が生じる可能性が低くすることができる。

〔付記事項〕
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、移動体又は移動端末に搭載するアンテナ装置として好適に利用することができる。移動体の例としては、自動車、鉄道車両、船舶などが挙げられる。移動端末の例としては、携帯電話端末、ＰＤＡ（Personal Digital Assistance）、タブレット型ＰＣ（Personal Computer）などが挙げられる。

１ アンテナ装置
１０ ベース部（台座）
１１ 金属ベース
１２ 樹脂ベース
２０ レドーム部
３０ アンテナモジュール
３１ 第１の平面アンテナ（３Ｇ用）
３２ 第２の平面アンテナ（地上デジタル放送用）
３３ 第３の平面アンテナ（ＧＰＳ用）

Claims (7)

1. 台座と、
   上記台座に取り付けられた複数の平面アンテナであって、周波数帯域の異なる電磁波を受信する複数の平面アンテナと、を備え、
   上記複数の平面アンテナは、標準電界強度のより強い電磁波を受信する平面アンテナが標準電界強度のより弱い電磁波を受信する平面アンテナよりも上記台座側に位置するように積層されているとともに、
   上記複数の平面アンテナには、互いに隣接する少なくとも３つの平面アンテナが含まれており、
   上記３つの平面アンテナのうち、第１の平面アンテナと第３の平面アンテナとに挟まれた第２の平面アンテナは、メアンダ部を有する放射素子と、上記メアンダ部上の点同士を短絡する短絡部とを備えたループアンテナである、
   ことを特徴とするアンテナ装置。
2. 上記複数の平面アンテナは、互いに５ｍｍ以上離隔している、
   ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 上記複数の平面アンテナのうち、最上層に配置された平面アンテナは、放射強度が最大となる放射方向がアンテナ形成面と直交する平面アンテナである、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のアンテナ装置。
4. 上記複数の平面アンテナのうち、最上層に配置された平面アンテナは、衛星を送信局とする電磁波を受信する平面アンテナである、
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のアンテナ装置。
5. 上記複数の平面アンテナのうち、最下層に配置された平面アンテナは、地板を備えた平面アンテナである、
   ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のアンテナ装置。
6. 上記複数の平面アンテナのうち、最下層に配置された平面アンテナに接続される同軸ケーブルは、該平面アンテナの上記台座側の面に接続され、上記台座に設けられた貫通孔を介して当該アンテナ装置の外部に引き出される、
   ことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載のアンテナ装置。
7. 上記複数の平面アンテナは、より導体面積の小さい平面アンテナがより導体面積の大きい平面アンテナよりも上記台座側と反対側に位置するように積層されている、
   ことを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載のアンテナ装置。

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