JP5848848B1 - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】既存の携帯端末装置等を用いて小型で容易に衛星通信が可能なアンテナ装置を提供する。【解決手段】アンテナ装置１は、底部材１２とカバー部材１３とを有するケース１０とケースに取り付けられるトップカバー２０と、ケースの収納されるパッチグランド４１、第１の可動グランド４２および第２の可動グランド４３を有するグランド４０と、カバー部材１３に取り付けられる第１のアンテナ素子５０と、トップカバー２０に取り付けられる第２のアンテナ素子５５と、地上通信用アンテナ素子（第３のアンテナ素子）３０とを備える。トップカバー２０とグランド４０で構成される係合部７０を解除して第１および第２の可動グランド４２、４３をケース１０外部に引き出し、衛星アンテナとして利用する。【選択図】図５

Description

本発明は、地上での通信のみならず、衛星を用いた衛星通信が可能なアンテナ装置に関する。

アンテナ装置を用いて衛星通信を行う技術が知られている（特許文献１）。

特許文献１は、平面アンテナを含むアンテナ装置と送受信機を含み移動可能な可搬型の本体装置からなり、アンテナ装置は本体装置に対して取付、取り外しが可能で、方位角と仰角の両方の角度調整可能な衛星通信地球局であり、携帯性能を低下させることなく平面アンテナの方向調整を容易にしていることが開示されている。

特開２００６−２８７３５０号公報

特許文献１に開示された技術は、可搬性のアンテナ装置ではあるが大型の平面アンテナが必要であり、災害等の緊急時において取扱が不便であるという課題があった。

本発明は、既存の携帯端末装置等を用いて小型で容易に衛星通信が可能なアンテナ装置を提供することを目的とする。

本発明のアンテナ装置は、ケースと、前記ケースの内部に収納された収納状態と、少なくとも一部が前記ケースから突出した突出状態との少なくとも二つの状態をとるように変形可能なグランドと、前記ケースの内部に収納され、給電部を有する第１のアンテナ素子と、前記ケースに取り付けられたトップカバーと、前記トップカバーに取り付けられ、給電を受けない第２のアンテナ素子と、を備えるアンテナ装置であって、前記トップカバーの前記ケースに対する相対位置が変動可能であり、当該相対位置が変動することにより、前記第２のアンテナ素子の前記グランドおよび前記第１のアンテナ素子に対する距離が変動する。

本発明のアンテナ装置の一態様として例えば、前記グランドが、前記ケースの内部に固定されたパッチグランドと、当該パッチグランドに電気的に接続されるとともに、前記ケースの内部から外部へ突出可能な可動グランドとを含む。

本発明のアンテナ装置の一態様として例えば、前記可動グランドが、前記ケースの相対する二つの側面からそれぞれ突出する第１の可動グランドおよび第２の可動グランドを含む。

本発明のアンテナ装置の一態様として例えば、前記トップカバーと前記ケースとの間に弾性部材が配置され、前記トップカバーが有する第１の係止部が、前記グランドが有する第２の係止部に固定されている時、前記弾性部材が圧縮状態となり、前記トップカバーの前記ケースに対する相対距離が小さくなった接近状態が実現され、前記第１の係止部が前記第２の係止部から解除されている時、前記弾性部材が伸長状態となり、前記トップカバーの前記ケースに対する相対距離が大きくなった離間状態が実現される。

本発明のアンテナ装置の一態様として例えば、前記ケースが、底部材と当該底部材を覆うカバー部材とを含み、前記グランドが前記底部材と前記カバー部材との間の空間に収納され、前記第１のアンテナ素子が前記グランドに直接対向するように前記カバー部材に取り付けられ、前記第１のアンテナ素子の前記カバー部材に取り付けられた第１の面とは逆側の第２の面に前記弾性部材が取り付けられる。

本発明のアンテナ装置の一態様として例えば、前記グランドが、前記ケースの内部に固定されたパッチグランドと、当該パッチグランドに電気的に接続されるとともに、前記ケースの内部から外部へ突出可能な可動グランドとを含み、当該可動グランドは前記第２の係止部を有する。

本発明のアンテナ装置の一態様として例えば、前記第２のアンテナ素子が、前記トップカバーの前記ケースに面する面に取り付けられたパッチアンテナ素子である。

本発明のアンテナ装置は、ケース内部に収納された第１のアンテナ素子とトップカバーに取り付けられた第２のアンテナ素子の相対位置が変動し、衛星無線通信の周波数帯域が拡がり、変形可能なグランドにより、グランドの面積が大きくなり、衛星通信用のアンテナとしての指向性が高まる。また、アンテナ装置は小型で携帯型の装置であり、簡単な操作で無線通信用として使用可能であり、持ち運びが容易であり、アンテナ装置の利便性が増すことが可能となる。

本発明に係るアンテナ装置を示し、（ａ）正面斜視図、（ｂ）背面斜視図。 本発明に係るアンテナ装置を無線ルーターとしての使用状態を示す第１の実施形態の背面斜視図。 本発明に係るアンテナ装置の分解斜視図。 本発明に係るアンテナ装置の衛星通信用としての使用準備状態を示す正面斜視図。 図４に続く使用開始の手順を示し、（ａ）係止部解除時の正面斜視図、（ｂ）可動グランドの所定位置設定時の正面斜視図。 本発明に係るアンテナ装置のトップカバーを外した状態を示し、（ａ）図４に対応した正面斜視図、（ｂ）図５（ｂ）に対応した正面斜視図。 本発明に係るアンテナ装置の係止部の動作の一例を示し、（ａ）係止状態の断面図、（ｂ）解除状態の断面図。 本発明に係るアンテナ装置の係止部の動作の一例を示し、（ａ）係止状態の拡大部分断面図、（ｂ）係止を解除した状態の部分拡大断面図、（ｃ）弾性部材が伸長状態で可動グランドが引き出された状態の部分拡大断面図。 本発明に係るアンテナ装置のアンテナ回路の一例を示し、（ａ）ブロック図、（ｂ）衛星信号の入力と出力位相の関係を示す表。 本発明に係るアンテナ装置の無線ルーターとしての使用状態を示す第２の実施形態の背面斜視図。 図１０に基づく地上通信用アンテナ素子の引き出し状態を示し、（ａ）背面斜視図、（ｂ）（ａ）のＡ部拡大図。 図１０に基づく地上通信用アンテナ素子の起立状態を示し、（ａ）背面斜視図、（ｂ）（ａ）のＡ部拡大図。

以下、本発明に係るアンテナ装置の好適な実施形態を、図１〜図９に基づいて詳述する。

図１（ａ）はアンテナ装置１の正面斜視図、（ｂ）はアンテナ装置１の背面斜視図、図２はアンテナ装置１を無線ルーターとしての使用状態を示す背面斜視図である。図１および図２を用いて、アンテナ装置１の実施形態の一例を説明する。

アンテナ装置１は、ルーター、スマートフォン、タブレット、データ通信端末、携帯情報機器などの通信機能を備える通信端末装置でもある。実施形態では、アンテナ装置１の一例として無線ルーターを示している。アンテナ装置１は、略長方形状の合成樹脂等からなるケース１０と、ケース１０の上面を覆い合成樹脂等からなるトップカバー２０と、ケース１０の裏面側に設けられた半円形状の窪み部１１に取り付けられる地上通信用アンテナ素子３０とを有している。トップカバー２０は、ケース１０に後述する係合部７０によって取り付けられている。

アンテナ装置１を、無線ルーターとして使用する場合は、図２の地上通信用アンテナ素子３０の使用状態を示す第１の実施形態の通り、一端を固定回転軸として地上通信用アンテナ素子３０を窪み部１１から所定角度に起立させれば良い。地上通信用アンテナ素子３０は、一対の断面略円形状でロッド状アンテナ素子であり、所謂ホイップアンテナである。また、地上通信用アンテナ素子３０は、一端がケース１０の窪み部１１に対し回動可能に取り付けられ、ケース１０の相対する二つの側面１０ａ、１０ｂの各々に近い位置において、ケース１０の長手方向に沿って設けられている。

通信は、ブルートゥース（Bluetooth：登録商標）やＵＷＢ（Ultra Wide Band）などの近距離等の無線通信であっても良く、基地局が不要なアドホック通信であっても良い。また、低消費電力のＢＬＥ（Bluetooth Low Energy）、Ｗｉ-Ｆｉ（Wireless Fidelity）、モバイルＷｉＭＡＸ（Worldwide Interoperability for Microwave Access）、等を利用することも可能である。また、地上通信用アンテナ素子３０を２本設けることで、送受信で複数のアンテナ（素子）を使うＭＩＮＯ（Multiple Input Multiple Output）に対応可能となる。

図３は、アンテナ装置１の分解斜視図である。図３を用いてアンテナ装置１を詳述する。

アンテナ装置１は上述の構成に加えて、ケース１０を構成する底部材１２と、底部材１２を覆うカバー部材１３とを有し、アンテナ装置１の中央部にケース１０に収納されるグランド４０が配置されている。また、アンテナ装置１は、カバー部材１３に取り付けられる第１のアンテナ素子５０と、トップカバー２０に取り付けられる第２のアンテナ素子５５と、底部材１２に取り付けられる給電用の電池６０と、回路が実装された基板６１とを備える。そして、第１のアンテナ素子５０は、グランド４０に直接対向するようにカバー部材１３に取り付けられている。また、第１のアンテナ素子５０のカバー部材１３に取り付けられた第１の面１３ａとは逆側の第２の面１３ｂに弾性部材６５が取り付けられている。

また、第１のアンテナ素子５０は給電部５１を有しており、第２のアンテナ素子５５は給電を受けない無接点アンテナ素子である。そして、グランド（グランドプレーンアンテナ素子）４０は、ケース１０の内部に固定されたパッチグランド４１と、ケース１０の二つの側面１０ａ、１０ｂからそれぞれケース１０の外部に突出する第１の可動グランド４２と、第２の可動グランド４３を有する。

本実施形態のアンテナ装置１は、通常は無線ルーター等として使用するが、災害等の緊急時において第１の可動グランド４２と第２の可動グランド４３をケース１０から引き出すことでグランド４０が衛星アンテナとして機能する。図４〜図６を用いて衛星アンテナの設置手順の一例について説明する。

地上通信用アンテナ素子（第３のアンテナ素子）３０を所定の角度で起立させる（図４参照）。角度は地上通信用アンテナ素子３０の起立角度を調整することにより、自由に設定可能である。そして、地上通信用アンテナ素子３０は、衛星に対する角度を調節しつつ、ケース１０を支持可能な支持脚として機能している。

次に、二つの可動グランド４２、４３のケース１０内に保持するための係合部７０を解除して（図５（ａ）参照）、ケース１０の二つの側面１０ａ、１０ｂから第１の可動グランド４２および第２の可動グランド４３を所定の位置まで引き出す（図５（ｂ）参照）。

本実施形態では、第１の可動グランド４２および第２の可動グランド４３の端面にそれぞれ引き出し用の把手４２ａ、４３ａが設けられており、それぞれの把手４２ａ、４３ａを掴んで両可動グランド４２、４３を引き出せる。係合部７０を解除した際に、第１および第２の可動グランド４２、４３の側面の一部が飛び出しても良い。

また、図６に示されるように、パッチグランド４１上に複数の突起部４１ａを設けて、第１の可動グランド４２および第２の可動グランド４３のケース１０内での静止位置を決めることも可能である。地上通信用アンテナ素子３０を起立させた後、第１および第２の可動グランド４２、４３を引き出す手順を説明したが、第１および第２の可動グランド４２、４３を引き出した後、地上通信用アンテナ素子３０を起立させても良い。

第１および第２の可動グランド４２、４３をケース１０に収納する場合は、それぞれの把手４２ａ、４３ａをケース１０方向に押圧して収納し、トップカバー２０をケース１０に押圧して係合部７０を係止状態にすれば良い。また、第１および第２の可動グランド４２、４３は、ケース１０の内部に収納された収納状態と、ケース１０から突出した突出状態との少なくとも二つの状態をとるように変形可能なグランド４０である。

第１の可動グランド４２および第２の可動グランド４３が所定の位置に引き出されたとき、第１の可動グランド４２および第２の可動グランド４３は、パッチグランド４１と電気的な接続状態が維持されている。即ち、第１および第２の可動グランド４２、４３は、把手４２ａ、４３ａおよび係合部７０を有する合成樹脂製の基板４２ｂ、４３ｂと、導電性のアンテナ部４２ｃ、４３ｃとの積層構造であり、パッチグランド４１は主に導電性部材からなる。そして、第１および第２の可動グランド４２、４３のそれぞれのアンテナ部４２ｃ、４３ｃとパッチグランド４１が電気的に導通状態にあり、グランド領域を拡げている。

図７、図８を用いて係合部７０の具体的な実施形態の一例を説明する。図７が全体図、図８が部分拡大図である。

係合部７０は、トップカバー２０の裏面側に形成されている第１の係止部７１と、第１および第２の可動グランド４２、４３のそれぞれの先端側に形成されている第２の係止部７２とを有する。実施形態では係合部７０の一例として爪係合を用いている。係合部７０が係止状態にあるときは、カバー部材１３とトップカバー２０との間に設けられている弾性部材６５が押圧された圧縮状態にある。

本実施形態では、弾性部材６５の一例としてバネを用いている。弾性部材６５は複数設けられ、カバー部材１３の第２の面１３ｂに形成された凹部１３ｃにその一端が載置され、他端はトップカバー２０の内面側に固定されている。

係合部７０を解除する場合は、本実施形態では、ケース１０の両側面１０ａ、１０ｂから指で係合部７０を押圧する。押圧すると、第１および第２の可動グランド４２、４３がケース１０内部に押し込まれ、第１の係止部７１と第２の係止部７２の係合が外れる（図８（ｂ）参照）。そして、弾性部材６５が伸長状態になり、トップカバー２０がケース１０の上方に離間し、第１および第２の可動グランド４２、４３をケース１０の外部に引き出すことが可能となる（図７（ｂ）、図８（ｃ）参照）。

本実施形態では、係合部７０を構成する第１の係止部７１と第２の係止部７２の一例として爪形状を説明したが、ランスと突起、凹凸係合や嵌合等を採用しても良く、機械的係止や電気的係止が選択可能であり、本実施形態で示される係合部７０の構造に限定されない。また、第１および第２の可動グランド４２、４３に第２の係止部７２を設けた例を述べたが、第２の係止部７２をケース１０に形成しても良い。

第１の係止部７１と第２の係止部７２が係止状態で固定されている時は、弾性部材６５が圧縮状態で、トップカバー２０のケース１０に対する相対距離が小さくなった接近状態が実現され、アンテナ装置１の小型化を実現できる。また、第１の係止部７１が第２の係止部７２から解除され弾性部材６５が伸長状態となりトップカバー２０がケース１０から離間することにより、トップカバー２０のケース１０に対する相対距離が大きくなった離間状態が実現される。そして、トップカバー２０のケース１０に対する相対位置が変動し、グランド４０および第１のアンテナ素子５０に対する第２のアンテナ素子５５の距離が変動する。

トップカバー２０が弾性部材６５の作用でケース１０の上方に移動し、グランド４０および第１のアンテナ素子５０に対する無接点アンテナ素子である第２のアンテナ素子５５との距離が相対的に大きくなり、衛星無線通信の周波数帯域が拡がる。次に、二つの可動グランド４２、４３を両側面１０ａ、１０ｂから引き出すことによりグランド４０の面積が大きくなり、衛星通信用のアンテナとしての指向性が高まり、衛星通信が可能となる。これにより、本実施形態のアンテナ装置１は小型で携帯型の装置であり、簡単な操作で無線通信用として使用可能であり、持ち運びが容易であり、アンテナ装置１の利便性が増す。そして、地上通信用アンテナ素子３０をケース１０を支持する支持脚として利用し、アンテナ装置１、より具体的には第１のアンテナ素子５０、第２のアンテナ素子５５およびグランド４０の衛星に対する角度を自由に設定可能となるため、これらの部材が衛星に対して利得の高い位置に設定できる。

図９（ａ）は、アンテナ装置１のアンテナ回路の一例を示すブロック図、図９（ｂ）は、衛星信号の入出力位相の関係を示す表である。表中Ｒｘは受信対応、Ｔｘは送信対応を表している。

アンテナ回路８０は、衛星用のパッチアンテナ素子である第１のアンテナ素子５０と２本の地上通信用アンテナ素子３０を有し、地上通信用アンテナ素子３０は、メインアンテナ素子３１とサブアンテナ素子３２とを含む。第１のアンテナ素子５０で受信された衛星電波は、右旋偏波（メイン）、左旋偏波（サブ）のそれぞれの位相が９０°ずれたものが、それぞれの給電Ｐ１、Ｐ２に入る。ハイブリッドカプラーＨＣを介して右旋偏波が第１のＲＦ８１から出力し、左旋偏波が第２のＲＦ８２から出力される。

また、アンテナ回路８０は第１のスイッチ部Ｓ１と第２のスイッチ部Ｓ２とを有している。二つのスイッチ部Ｓ１、Ｓ２は、例えばユーザーの操作により連動することが可能であり、衛星通信、地上通信の切り替えが可能である。第１のＲＦ８１、第１のスイッチ部Ｓ１を介して送られてきた受信信号は、第１の分波器（デュプレクサ）８３を介して第１の低ノイズアンプ（ＬＮＡ）８５で処理され、第２の分波器８６を介して第１の端子Ｔ１に出力される。

第２のＲＦ８２、第２のスイッチ部Ｓ２を介して送られてきた信号は、第２の低ノイズアンプ（ＬＮＡ）８７で処理されて第２の端子Ｔ２に出力される。送信時は第１の端子Ｔ１から第２の分波器８６→パワーアンプ８４→第１の分波器８３→第１のスイッチ部Ｓ１→第１のＲＦ８１の順で信号が送られる。基本的に、送信時は第２の端子Ｔ２から第２のＲＦ８２の経路は使用しない。

地上通信では二つの地上通信用アンテナ素子３０を使用するが、送受信ではメインアンテナ素子３１を使用し、サブアンテナ素子３２は受信のみで使用する。メインアンテナ素子３１で受信された電波は信号に変換され、メインアンテナ素子３１→第１のスイッチ部Ｓ１→第１の分波器８３→低ノイズアンプ８５→第２の分波器８６→第１の端子Ｔ１の経路で伝達される。また、サブアンテナ素子３２で受信された電波は信号に変換され、サブアンテナ素子３２→第２のスイッチ部Ｓ２→第２の低ノイズアンプ８７→第２の端子Ｔ２の経路で伝達される。一方、送信は、第１の端子Ｔ１→パワーアンプ８４→第１の分波器８３→第１のスイッチ部Ｓ１→メインアンテナ素子３１の経路で伝達される。そして、送信時は第２の端子Ｔ２からサブアンテナ素子３２の経路は使用しない。
尚、地上通信用アンテナ素子３０は、図２に示す様に起立させた状態で機能するだけでなく、図１に示す様にケース１０に収納された状態で機能するようにしても良い。

図２で説明した地上通信用アンテナ素子３０の使用状態の第１の実施形態に対して第２の実施形態を図１０〜図１２に基づいて説明する。

第２の実施形態において、地上通信用アンテナ素子３０は、その一端が支持部３０ａに回転自在に取り付けられ、他端が露出してケース１０の裏面側に設けられた挿入孔１１ａに引き出し自在に収納されている（図１０参照）。挿入孔１１ａから地上通信用アンテナ素子３０を引き出す方法は、露出している部分を手で引き出すまたは機械的な動作で引き出すことにより行われる（図１１（ａ）参照）。地上通信用アンテナ素子３０を挿入孔１１ａから引き出すと同時に支持部３０ａも引き出され、図示しない係止部等で支持部３０ａの一端が挿入孔１１ａの開口近傍で係止される（図１１（ｂ）参照）。

ケース１０の外部に引き出された地上通信用アンテナ素子３０は、支持部３０ａを固定回転軸としてケースの裏面側から所定角度に起立させることができ（図１２参照）、無線ルーターとして使用することができる。そして、図４と同様に地上通信用アンテナ素子３０の起立角度を調整することにより、衛星通信用の支持脚として利用できる。
尚、地上通信用アンテナ素子３０は、図１２に示す様に起立させた状態で機能するだけでなく、図１０に示す様にケース１０に収納された状態、及び、図１１に示す様にケース１０から引き出された状態において機能するようにしても良い。

尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

本発明に係るアンテナ装置は、無線ルーター等の携帯端末装置において緊急時や非常時に衛星通信を容易に行える通信用途に適用可能である。

１：アンテナ装置
１０：ケース
１０ａ、１０ｂ：側面
１１：窪み部
１２：底部材
１３：カバー部材
１３ａ：第１の面
１３ｂ：第２の面
１３ｃ：凹部
２０：トップカバー
３０：地上通信用アンテナ素子（第３のアンテナ素子）
４０：グランド
４１：パッチグランド
４２：第１の可動グランド
４３：第２の可動グランド
５０：第１のアンテナ素子（パッチアンテナ素子）
５５：第２のアンテナ素子（無接点アンテナ素子）
６５：弾性部材
７０：係合部
７１：第１の係止部
７２：第２の係止部
８０：アンテナ回路

Claims (7)

1. ケースと、
   前記ケースの内部に収納された収納状態と、少なくとも一部が前記ケースから突出した突出状態との少なくとも二つの状態をとるように変形可能なグランドと、
   前記ケースの内部に収納され、給電部を有する第１のアンテナ素子と、
   前記ケースに取り付けられたトップカバーと、
   前記トップカバーに取り付けられ、給電を受けない第２のアンテナ素子と、
   を備えるアンテナ装置であって、
   前記トップカバーの前記ケースに対する相対位置が変動可能であり、当該相対位置が変動することにより、前記第２のアンテナ素子の前記グランドおよび前記第１のアンテナ素子に対する距離が変動する、
   アンテナ装置。
2. 請求項１に記載のアンテナ装置であって、
   前記グランドが、前記ケースの内部に固定されたパッチグランドと、当該パッチグランドに電気的に接続されるとともに、前記ケースの内部から外部へ突出可能な可動グランドとを含む、
   アンテナ装置。
3. 請求項２に記載のアンテナ装置であって、
   前記可動グランドが、前記ケースの相対する二つの側面からそれぞれ突出する第１の可動グランドおよび第２の可動グランドを含む、
   アンテナ装置。
4. 請求項１に記載のアンテナ装置であって、
   前記トップカバーと前記ケースとの間に弾性部材が配置され、
   前記トップカバーが有する第１の係止部が、前記グランドが有する第２の係止部に固定されている時、前記弾性部材が圧縮状態となり、前記トップカバーの前記ケースに対する相対距離が小さくなった接近状態が実現され、
   前記第１の係止部が前記第２の係止部から解除されている時、前記弾性部材が伸長状態となり、前記トップカバーの前記ケースに対する相対距離が大きくなった離間状態が実現される、
   アンテナ装置。
5. 請求項４に記載のアンテナ装置であって、
   前記ケースが、底部材と当該底部材を覆うカバー部材とを含み、
   前記グランドが前記底部材と前記カバー部材との間の空間に収納され、
   前記第１のアンテナ素子が前記グランドに直接対向するように前記カバー部材に取り付けられ、
   前記第１のアンテナ素子の前記カバー部材に取り付けられた第１の面とは逆側の第２の面に前記弾性部材が取り付けられる、
   アンテナ装置。
6. 請求項５に記載のアンテナ装置であって、
   前記グランドが、前記ケースの内部に固定されたパッチグランドと、当該パッチグランドに電気的に接続されるとともに、前記ケースの内部から外部へ突出可能な可動グランドとを含み、
   当該可動グランドは前記第２の係止部を有する、
   アンテナ装置。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載のアンテナ装置であって、
   前記第２のアンテナ素子が、前記トップカバーの前記ケースに面する面に取り付けられたパッチアンテナ素子である、
   アンテナ装置。

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