JP6796429B2 - 放射パターン同士間の干渉を低減したアンテナシステムおよびアンテナモジュール - Google Patents

Description

本発明は、第１および第２のアンテナ要素を備える改善したアンテナシステムであって、これらのアンテナ要素うちの少なくとも一方の構成が、アンテナ要素の各々の放射パターン同士間の干渉の低減を可能にするアンテナシステムに関する。さらに、本発明は、同アンテナシステムを組み込むアンテナモジュールに関する。

本発明に関しては、アンテナシステムは、第１のアンテナ要素および第２のアンテナ要素を備えるアンテナ装置として理解されるべきである。従って、このアンテナシステムは、第１および第２のアンテナ要素に加えてさらなるアンテナ要素を備えることができ、この点において制限されない。

一般に、１つのシステムに複数のアンテナ要素を集約することで様々な構造的利点がもたらされるため、アンテナシステムが広く技術的に検討されている。特に、単一の構造的モジュールにアンテナシステムを組み立てることで、機械的な部品および電気的な部品が、複数のアンテナ要素間で共有されることができる。

従って、１つのアンテナシステムにおいて、複数のアンテナ要素は、同一のハウジング内、同一のベース内に配置され、従って、同一のハウジング、同一のベースを共有することができ、同一のＰＣＢ回路網を共有することができ、外部からの電気信号を、アンテナシステム内の複数のアンテナ要素に送信したり、そこから受信したりするために同一の電気的接続を共有することができる。

しかしながら、アンテナシステムに複数のアンテナ要素を配置すると、特に、複数のアンテナ要素が互いに近傍界に配置される場合に不利益を受ける。この場合、複数のアンテナ要素は、特に夫々の放射パターンに関して相互干渉の影響を受ける。

米国特許第６，９１７，３４０Ｂ２号は、２つのアンテナ要素を備えるアンテナシステムに関する。結合ひいては干渉影響を低減するために、２つのアンテナ要素の一方は、他方のアンテナ要素の波長の８分の３に対応する電気長を有するセグメントに細分される。

さらに、その一方のアンテナ要素のセグメント同士は、前記他方のアンテナ要素の周波数範囲では十分に高いインピーダンスを持ち、前記一方のアンテナ要素の周波数範囲では十分に低いインピーダンスを持つ電気リアクタンス回路を介して電気的に相互接続される。

上述の方法は、２つのアンテナ要素の放射パターンにおける干渉の低減を可能にするが、２つのアンテナ要素を備えるアンテナシステムの設計は、さらなる電気部品の組み込み、すなわち電気リアクタンス回路の製造およびその組み込みの配置の観点から、より複雑になる。

特に、電気リアクタンス回路の設計および各アンテナ要素上のそれらの配置は複雑で、さらなる開発工程を要する。さらに、電気リアクタンス回路の部品および例えば半田付けによるアンテナ要素への電気的接続は、周波数特性に許容できないばらつきを生じる。

この点で、例えば、さらなる組立工程を回避するために、上記の欠点を克服する改善されたアンテナシステムを提案することが本発明の目的である。さらに、内部に備わる複数のアンテナ要素の放射パターン同士間の干渉を低減したアンテナシステムを提案することが本発明の他の目的である。

本発明の第１の態様によれば、第１のアンテナ要素および第２のアンテナ要素を備えるアンテナシステムが提案される。前記第１のアンテナ要素は、第１の周波数帯に適応する。前記第２のアンテナ要素は、前記第１の周波数帯とは異なる第２の周波数帯に適応する。さらに、前記第１のアンテナ要素は、誘電体基板の第１の側に設けられた放射構造体、および前記誘電体基板の第２の側、すなわち裏側に少なくとも部分的に設けられた少なくとも１つの共振構造体を備える。前記少なくとも１つの共振構造体は、前記第２の周波数帯における周波数で共振するように適応させたオープンループ型の共振器である。前記少なくとも１つの共振構造体は、前記誘電体基板の前記裏側に前記放射構造体に近接して設けられ、前記誘電体基板の前記第２の側で、前記誘電体基板の前記第１の側に設けられた前記放射構造体によって部分的にのみ被覆された領域を占有している。

当該アンテナシステムの有利な変形によれば、前記放射構造体は、前記少なくとも１つの共振構造体のうちの１つを被覆しているセグメントに、前記放射構造体の隣接セグメントの前記幅と比較して減少した幅を有する。

当該アンテナシステムの他の有利な変形によれば、前記放射構造体は、前記少なくとも１つの共振構造体のうちの１つを被覆しているセグメントにおいて少なくとも１つの凹んだ導体を備える。前記放射構造体の前記少なくとも１つの凹んだ導体は、前記少なくとも１つの共振構造体のうちの前記１つと同一の方向および／又は反対の方向を向いている。

当該アンテナシステムのさらに有利な変形によれば、前記少なくとも１つの共振構造体は、前記誘電体基板の前記第２の側に設けられた第１の導体を備え、前記第１の導体は、前記第１の導体の２つのセグメントの間に形成された間隙を有するオープンループ断面を有する。

当該アンテナシステムのさらに他の有利な変形によれば、前記第１の導体の中間セグメントのうちの少なくとも１つが、蛇行パターンに配策される。

当該アンテナシステムのさらにもっと有利な変形によれば、前記第１の導体の前記２つの間隙形成セグメントは、前記放射構造体によって被覆されていない領域を占有している。

当該アンテナシステムの他の有利な変形によれば、前記第１の導体の前記２つの間隙形成セグメントのうちの少なくとも一方は、拡大した幅を有する。

当該アンテナシステムのさらに有利な変形によれば、前記第１の導体の前記２つの間隙形成セグメントのうちの少なくとも一方は、拡大した幅を備えるスタブをさらに接続する。

当該アンテナシステムのさらに他の有利な変形によれば、前記少なくとも１つの共振構造体は、前記誘電体基板の前記第１の側に、前記放射構造体から空間的に離して設けられた第２の導体をさらに備え、前記第２の導体は、前記第１の導体の前記間隙形成セグメントに近接して配置され、前記誘電体基板の前記第１の側で、前記誘電体基板の前記第２の側の前記第１の導体の前記２つの間隙形成セグメントの少なくとも一方又は前記スタブによって少なくとも部分的に被覆された領域を占有している。

当該アンテナシステムのさらにもっと有利な変形によれば、前記第２の導体は、前記第１の導体の前記オープンループ断面と同一の方向に曲がるオープンループ断面を有する。

当該アンテナシステムの他の有利な変形によれば、前記少なくとも１つの共振構造体は、前記第１の導体の前記２つの間隙形成セグメントのうちの一方を前記２つの導体と接続するように適応させた少なくとも１つのバイアをさらに備える。

当該アンテナシステムのさらに有利な変形によれば、前記放射構造体は、前記第１の周波数帯内の異なる周波数で放射するように適応させた複数のセクションを備える導体を備える。

当該アンテナシステムのさらに他の有利な変形によれば、前記第１のアンテナ要素は、マルチバンドの板状逆Ｆ型アンテナ要素である。

当該アンテナシステムのさらにもっと有利な変形によれば、前記第２のアンテナ要素は、角を切り落とした矩形のパッチアンテナ要素である。

本発明の第２の態様によれば、車両の屋根の上で使用するためのアンテナモジュールが提案される。当該アンテナモジュールは、前述のアンテナシステムを備え、前記車両の屋根は、前記第１のアンテナ要素および前記第２のアンテナ要素に対する接地面を提供する。

添付の図面は、本発明の一部の実施形態を説明するために本明細書に援用され、本明細書の一部を形成する。これらの図面は、記載と共に、本発明の原理を説明するのに役立つ。

図面は、本発明が如何にして成され、使用されるかの好適且つ代替的な例を説明する目的のためのものに過ぎず、図示および説明された実施形態のみに本発明を制限するものと解釈されるべきではない。

さらに、実施形態の一部の態様は、個別であれ様々な組み合わせであれ、本発明に係る課題解決方法を成すことができる。さらなる特徴および利点は、同様の参照記号が同様の要素を指す添付の図面において示された本発明の様々な実施形態の以下のより具体的な説明から明らかになる。

２つの異なる方向からの、すなわち「南西」方向および「北東」方向からの、本発明の第１の実施形態に係る例示的アンテナシステム１０の２つの斜視図を示す。 第１のアンテナ要素１および第２のアンテナ要素２を備える本発明の第２の実施形態に係るアンテナシステム２０の断面図およびアンテナ要素１の等価回路を示す。 第１のアンテナ要素１および第２のアンテナ要素２を備える本発明の第３の実施形態に係るアンテナシステム３０の断面図およびアンテナ要素１の等価回路を示す。 本発明の第４の実施形態に係るアンテナシステム４０の断面図を示す。 本発明の第５の実施形態に係るアンテナシステム５０の断面図を示す。 第１のアンテナ要素１および第２のアンテナ要素２を備える本発明の第６の実施形態に係るアンテナシステム６０の断面図、および第１のアンテナ要素１に関するシミュレーションされた電流分布を示す。

以下では、本発明に係るアンテナシステムの様々な実施形態の詳細な説明が行われる。特に、様々な実施形態は全て、平面形状をした第１のアンテナ要素および第２のアンテナ要素を備えるアンテナシステムを示す。

しかしながら、本発明のアンテナシステムは、この点において制限されない。本発明のアンテナシステムは、例えば、放射構造体および／又は共振構造体がひとつの曲面上に設けられた非平面形状をした第１および第２のアンテナ要素を等しく備えることができる。

ここで図１ａおよび図１ｂを参照すると、本発明の第１の実施形態に係る例示的アンテナシステム１０の２つの斜視図が示されている。特に、これらの斜視図は、異なる方向から、すなわち「南西」方向からおよび「北東」方向から見た時の全く同一のアンテナシステム１０を提示している。

アンテナシステム１０は、第１のアンテナ要素１および第２のアンテナ要素２を備え、両者は互いに近傍界に配置されている。従って、第２のアンテナ要素２の放射パターンは、第１のアンテナ要素１からの干渉の影響に曝され、第１のアンテナ要素１の放射パターンは、第２のアンテナ要素２からの干渉の影響に曝される。

本発明に関しては、近傍界という用語は、第１および第２のアンテナ要素１および２の夫々の周囲の領域であって、夫々の放射パターンが、第１のアンテナ要素１および第２のアンテナ要素２の夫々の他方からの干渉の影響によって支配される領域として理解されるべきである。例えば、第１のアンテナ要素１および第２のアンテナ要素２が、それらが放射するように適応させた波長λの半分よりも短い場合、近傍界は、ｒ＜λである半径ｒの領域として定義される。

第１のアンテナ要素１は、第１の周波数帯の電磁波を送信／受信するように適応させる。要するに、第１のアンテナ要素１は、第１の周波数帯に適応している。一例として、第１のアンテナ要素１は、マルチバンドアンテナとして示す。しかしながら、第１のアンテナ要素１は、この点で制限されてはならない。さらに、第１のアンテナ要素１は、例えば、モノポールアンテナ、ダイポールアンテナ、板状逆Ｆ型アンテナ、すなわちＰＩＦＡ、又は異なる構成のマルチバンドアンテナであることができる。

第２のアンテナ要素２は、第２の周波数帯の電磁波を送信／受信するように適応させる。要するに、第２のアンテナ要素２は、第２の周波数帯に適応している。一例として、同様に、第２のアンテナ要素２は、平面アンテナ要素として、すなわち角を切り落としたパッチアンテナとして示す。しかしながら、第２のアンテナ要素２も、この点で制限されてはならない。

特に、第１のアンテナ要素１が適応している第１の周波数帯と第２のアンテナ要素２が適応している第２の周波数帯は互いに異なる。従って、第１および第２の周波数帯は、互いに周波数において重複部分を有しない。しかしながら、アンテナ要素１および２の一方又は両方がマルチバンドアンテナである場合は、第１の周波数帯は、第２の周波数帯を含むことができる。

第１のアンテナ要素１は、放射構造体３、少なくとも１つの共振構造体４、および誘電体基板５を備える。放射構造体３は、誘電体基板５の第１の側に設けられた導体である。特に、放射構造体３の導体は、第１の周波数帯内の異なる周波数で放射するように適応させた複数のセクションを含むことができる。

さらに、少なくとも１つの共振構造体４は、少なくとも部分的には、誘電体基板５の第２の側、すなわち裏側に設けられる。特に、少なくとも１つの共振構造体４は、誘電体基板５の第２の側、すなわち裏側に（のみ）設けられた少なくとも第１の導体（例えば、図２ａの４−１，４−２，および４−３を参照）を備える。

典型的には、第１のアンテナ要素１の誘電体基板５は、平面形状又は非平面形状を有することができる。平面形状の場合、放射構造体３は、平面導体として実現されることができ、少なくとも１つの共振構造体４は、誘電体基板５の平面上の平面導体として少なくとも第１の導体を備えて実現されることができる。

或いは、非平面形状の場合、放射構造体３は、非平面導体（すなわち曲面導体）として実現されることができ、少なくとも１つの共振構造体４は、誘電体基板５の反対側の非平面上の非平面導体（すなわち曲面導体）として少なくとも第１の導体を備えて実現されることができる。

任意ではあるが、共振構造体４は、放射構造体３の導体から空間的に分離された、誘電体基板５の第１の側に（のみ）設けられた第２の導体（例えば、図２ａの４−４を参照）を備える。第２の導体は、第１の導体の端部に近接して設けられ、それら端部によって少なくとも部分的に被覆された領域を占有する。共振構造体４の第２の導体も、平面導体又は非平面導体（すなわち曲面導体）として実現されることができる。

従って、第１のアンテナ要素１では、放射構造体３および少なくとも１つの共振構造体４は、同一の誘電体基板５の反対側（すなわち両側）に少なくとも部分的に設けられる。

さらに、少なくとも１つの共振構造体４は、第１のアンテナ要素１のためのオープンループ型の共振器として構成される。要するに、少なくとも１つの共振構造体４は、オープンループ共振器である。特に、少なくとも１つの共振構造体４は、第２の周波数帯における周波数で共振するように構成される。

従って、少なくとも１つの共振構造体４は、第１のアンテナ要素１内でストップバンドフィルタとして働くように適応させ、すなわち少なくとも１つの共振構造体４は、放射構造体３が放射するように適応させた第１の周波数帯とは異なる第２の周波数帯における周波数を抑制する。

誘電体基板５の反対側に少なくとも部分的に夫々配置されることにより、少なくとも１つの共振構造体４は、放射構造体３に近接して設けられている。特に、この近接は、誘電体基板５の厚みによって決まり、すなわち放射構造体３および少なくとも１つの共振構造体４が少なくとも部分的に設けられた誘電体基板５の第１の側と第２の側、すなわち裏側との間の距離として決まる。

さらに、第１のアンテナ要素１では、誘電体基板５は、放射構造体３と、少なくとも部分的に、少なくとも１つの共振構造体４を空間的に分離する。

さらなる説明から明らかになるように、第１のアンテナ要素１の共振構造体４は、誘電体基板の第２の側、すなわち裏側にのみ設けられるように制限されない。特に、容量性負荷の目的で、第１のアンテナ要素１の共振構造体４には、任意の第２の導体（例えば図２ａの４−４を参照）が含まれる。

しかしながら、本発明に関しては、共振構造体４のこの任意の第２の導体は、誘電体基板５の第１の側の放射構造体３からは離れて（遠くに）配置され、共振構造体４の第１の導体のみが、第１のアンテナ要素１内の放射構造体３に近接して設けられるようにしている。

特に、本発明に関しては、共振構造体４の第１の導体の「被覆された」セグメントのみが、以下から明らかになるように、第１のアンテナ要素１内の放射構造体３に近接して設けられる。

少なくとも１つの共振構造体４は、放射構造体３によって（誘電体基板５の第１の側で）部分的に被覆される領域を占有するように設けられる。従って、少なくとも１つの共振構造体４は、放射構造体３によって（誘電体基板５の第１の側で）部分的に被覆されない領域も占有している。

言い換えれば、少なくとも１つの共振構造体４は、「被覆された」（すなわち放射構造体３によって被覆される領域を占有している）セグメントと、「被覆されていない」（すなわち放射構造体３によって被覆されていない領域を占有している）セグメントとに細分されることができる。

誘電体基板５の第２の側、すなわち裏側では、少なくとも１つの共振構造体４の「被覆された」セグメントが、誘電体基板５の第１の側の放射構造体３の真下（又は上）に配置される一方、少なくとも１つの共振構造体４の「被覆されていない」セグメントは、誘電体基板５の第１の側の放射構造体３の横に（すなわちその傍に）配置される。従って、誘電体基板５の第２の側、すなわち裏側の少なくとも１つの共振構造体４の「被覆されていない」セグメントの真下（又は上）の誘電体基板５の第１の側に設けられた放射構造体３は存在しない。

第１のアンテナ要素１に関して、誘電体基板５上の少なくとも１つの共振構造体４のこの部分的にのみ被覆された配置は、放射構造体３に対して、より柔軟なアンテナ設計、すなわちオープンループ共振器としての少なくとも１つの共振構造体４のより柔軟な設計を有利に可能にする。

特に、少なくとも１つの共振構造体４の寸法は、自由に、且つ第１のアンテナ要素１に関して採用された放射構造体３の種類に関係なく設定されることができる。この配置のさらなる利点は、以下に説明するさらなる実施形態から明らかになる。

要約すると、少なくとも１つの共振構造体４が誘電体基板５の裏側の放射構造体３によって部分的に被覆されるため、少なくとも１つの共振構造体４は、放射構造体３と誘導結合する。さらに、少なくとも１つの共振構造体４および放射構造体３は、共に変圧器として働き、それによって、放射構造体３から少なくとも１つの共振構造体４に電流を誘導し、また少なくとも１つの共振構造体４から放射構造体３に電流を誘導する。

少なくとも１つのオープンループ共振器型の共振構造体４は、第２の周波数帯における周波数で共振するように適応させる。従って、少なくとも１つの共振構造体４の寸法は、第２の周波数帯における同周波数に従って決定される。特に、オープンループ共振器型の構造４の間隙幅、導体幅、および通路寸法は、第２の周波数帯における周波数と一致するように適宜決定される。

その結果、放射構造体３と少なくとも１つの共振構造体４の組み合わせは、第２のアンテナ要素２を適応させた第２の周波数帯における周波数での第１のアンテナ要素１の放射を抑制する。言い換えれば、第１のアンテナ要素１の構造体３および４は、アンテナシステム１０に両方とも備わる第２のアンテナ要素２との干渉の影響を減少する。

例示的構成において、誘電体基板５は、（印刷回路基板と同様の）薄層構造体として構成される。それにより、放射構造体３および少なくとも１つの共振構造体４は、近接して設けられ、それらの間の誘導結合および／又は容量性結合をさらに改善する。０．５ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲の厚みを有する平面状の射出成形されたプラスチックキャリアを誘電体基板５として使用すると好都合であることが証明されている。

他の例示的構成では、誘電体基板５は、等距離に設けられた内表面および外表面を備える薄い曲面構造体（例えば、アンテナシステムに対するハウジングの部品）として構成される。言い換えれば、誘電体基板５の内表面および外表面は、同様の湾曲断面を有する。また、この場合、０．５ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲の厚みを有する射出成形プラスチックキャリアを誘電体基板５として使用すると好都合であることが証明されている。

さらなる例示的構成では、放射構造体３と少なくとも１つの共振構造体４は両方とも、第１のアンテナ要素１を形成するために、誘電体基板５の各側に導体（例えば、導電層）を印刷、エッチング又は（電気）溶着することによって製造される。それにより、第１のアンテナ要素１および第２のアンテナ要素２を含むアンテナシステム１０を製造する際に（先行技術に関して述べたように）追加の組立工程が回避されることができる。

任意ではあるが、アンテナシステム１０の放射構造体３は、少なくとも１つの共振構造体４との誘導結合をさらに強めるために、少なくとも１つの「ボトルネック」セグメント３−１を備える。ボトルネックセグメント３−１は、放射構造体３と少なくとも１つの共振構造体４との間のインピーダンス変換比を向上し、従って、５分の１にカットされた実効電流の有用帯域幅を改善する。

この目的で、放射構造体３は、少なくとも１つの共振構造体４のうちの１つを被覆しているセグメント（すなわち「ボトルネック」セグメント）において、放射構造体３の隣接するセグメントの幅と比較して、減少した幅を有する。言い換えれば、放射構造体３を形成する導体は、共振構造体４の「被覆された」セグメントの真上（又は下）に同一の減少した幅を有する。

本発明に関しては、放射構造体３の幅は、放射構造体３が設けられている誘電体基板５の表面に対して横方向に延在する第１のアンテナ要素１の導体セグメントの寸法として理解されなければならない。

より詳細には、放射構造体３は、少なくとも１つの共振構造体４のうちの１つを被覆しているセグメントにおいて凹んだ（すなわち幅が減少した）導体を備える。放射構造体３の凹んだ導体は、少なくとも１つの共振構造体４のうちのその１つと同一の方向および／又は反対の方向を向いている。言い換えれば、放射セクションを形成する導体は、共振構造体４の「被覆された」セグメントの真上（又は下）に凹みを備え、この凹みは、その開口が、共振構造体４の「被覆されていない」セグメントと同一の方向又は反対の方向を向いている。

一般に、図２ａ〜図６ｂは、本発明の異なる実施形態に係るアンテナシステムにおいて使用するための第１のアンテナ要素の他の構成の断面図を示す。特に、第１のアンテナ要素のこれらの異なる構成は、上述した第２のアンテナ要素をさらに備えるアンテナシステムの一実施形態において使用されることができる。従って、これらの実施形態は、既に上述したものと同一の原理および利点を採用しており、これらの原理および利点は、簡潔にするために省略されている。

ここで図２ａを参照すると、本発明の第２の実施形態に係るアンテナシステム２０の断面図が示されている。アンテナシステム２０は、第１のアンテナ要素１および第２のアンテナ要素２を備える。図２ｂは、アンテナ要素１の等価回路を説明する。この第２の実施形態は、オープンループ型の共振器の容量性負荷の原理をさらに採用している。

図示されていないが、アンテナシステム２０は、上述した第２のアンテナ要素２も備え、この実施形態が、両方とも同一のアンテナシステム２０に備わる第１のアンテナ要素１と第２のアンテナ要素２との間の干渉の影響を低減することを等しく可能にするようにしている。

第１のアンテナ要素１は、放射要素３、少なくとも１つの共振構造体４、および誘電体基板５を備える。放射構造体３は、誘電体基板５の第１の側に設けられた導体である。少なくとも１つの共振構造体４は、誘電体基板５の第２の側、すなわち裏側に（のみ）設けられた第１の導体４−１，４−２、および４−３を備える。

共振構造体４の第１の導体は、放射構造体３によって（誘電体基板５の第１の側で）部分的に（例えば、図２ａのａ１を参照）被覆された領域を占有するように設けられる。従って、第１の導体は、放射構造体３によって（誘電体基板５の第１の側で）部分的に（例えば図２ａのａ２を参照）被覆されていない領域も占有している。

言い換えれば、少なくとも１つの共振構造体４は、「被覆された」（すなわち、放射構造体３によって被覆された領域ａ１を占有する）セグメント４−１と、「被覆されていない」（すなわち放射構造体３によって被覆されていない領域ａ２を占有する）セグメント４−２および４−３とに細分されることができる。

特に、共振構造体４の第１の導体４−１，４−２、および４−３は、その２つのセグメント４−３の間に形成された間隙を有するオープンループ断面を有する。言い換えれば、共振構造体４のオープンループ断面に対する間隙は、共振構造体４の第１の導体の２つの脚４−３が、互いに近接して誘電体基板５の第２の側に配置されることによって形成される。

特に、少なくとも１つの共振構造体４は、放射構造体３の導体から離れて（空間的に分離して）、誘電体基板５の第１の側に（のみ）設けられた第２の導体４−４をさらに備える。

第２の導体４−４は、第１の導体の端部（すなわち間隙形成セグメント４−３）に近接して設けられ、それら端部によって少なくとも部分的に被覆された領域を占有する。言い換えれば、第２の導体４−４は、第１の導体４−１，４−２、および４−３の間隙形成セグメント４−２に近接して設けられ、誘電体基板５の第１の側で、誘電体基板５の第２の側の第１の導体４−１，４−２、および４−３の間隙形成セグメント４−３によって少なくとも部分的に被覆された領域を占有している。

この構成のため、第１の導体の間隙形成セグメント４−３と、第２の導体４−４の「被覆している」セグメントは、アンテナ要素１の等価回路からわかるように、キャパシタンスを、より正確には、２つの直列接続されたキャパシタを形成する。

言い換えれば、誘電体基板５の第２の側、すなわち裏側では、第１の導体の間隙形成セグメント４−３は、誘電体基板５の第１の側の第２の導体４−４の「被覆している」セグメントの真下（又は上）に配置され、両セグメントが、共振構造体４内で互いに容量性結合するようにしている。

要約すれば、誘電体基板５の構成は、オープンループ共振器型の共振構造体４の容量性負荷を可能にし、それによって、共振構造体と、放射構造体３が適応した第１の周波数帯とは異なる第２の周波数帯内の周波数で共振するその能力とを改善する。

有利なことに、少なくとも１つの共振構造体４が放射構造体３によって（誘電体基板５の第１の側で）部分的に被覆されていない領域を占有するため、第２の導体を経由した容量性負荷が可能になる。

例示的構成では、第１の導体４−１，４−２、および４−３の２つの間隙形成セグメント４−３の各々は、その端部に、その隣接セグメントと比べて拡大した幅４−３を有する。言い換えれば、共振構造体４の第１の導体に対する脚４−３（すなわち間隙形成セグメント）の端部は、第１の導体の中間部分４−２の幅と比べてより広い表面積を有するパッドを形成するように配置される。

その結果、共振回路４の第１の導体および第２の導体によって被覆される表面積が増大し、それによって、第１のアンテナ要素１内のオープンループ共振器型の共振構造体４に対する容量性負荷がさらに改善されることになる。

ここで図３ａを参照すると、本発明の第３の実施形態に係るアンテナシステム３０の断面図が示されている。アンテナシステム３０は、第１のアンテナ要素１および第２のアンテナ要素２を備える。図３ｂは、アンテナ要素１の等価回路を説明する。この第３の実施形態は、第２の実施形態と比較して、オープンループ型の共振器の容量性負荷をさらに高める。

図示されていないが、アンテナシステム３０は、上記で説明した第２のアンテナ要素２も備え、この実施形態が、両者ともアンテナシステム３０に含まれる第１のアンテナ要素１および第２のアンテナ要素２同士間の干渉の影響を低減することを等しく可能にするようにしている。

第１のアンテナ要素１は、放射構造体３、少なくとも１つの共振構造体４、および誘電体基板５を備える。放射構造体３は、誘電体基板５の第１の側に設けられた導体である。少なくとも１つの共振構造体４は、誘電体基板５の第２の側、すなわち裏側に（のみ）設けられた第１の導体４−１，４−２、および４'−３を備える。

共振構造体４の第１の導体は、放射構造体３によって（誘電体基板５の第１の側で）部分的に被覆された領域を占有するように設けられる。従って、第１の導体は、放射構造体３によって（誘電体基板５の第１の側で）部分的に被覆されていない領域も占有している。言い換えれば、少なくとも１つの共振構造体４は、「被覆された」セグメント４−１と、「被覆されていない」セグメント４−２および４'−３とに細分されることができる。

特に、共振構造体４の第１の導体４−１，４−２、および４'−３は、その２つのセグメント４'−３（以降、間隙形成セグメント）の間に形成された間隙を有するオープンループ断面を有する。言い換えれば、共振構造体４のオープンループ断面に対する間隙は、共振構造体４の第１の導体の２つの脚４'−３が、互いに近接して誘電体基板５の第２の側に配置されることによって、形成される。

少なくとも１つの共振構造体４は、放射構造体３の導体から離れて（空間的に分離されて）、誘電体基板５の第１の側に（のみ）設けられた第２の導体４−４も備える。

第２の導体４−４は、第１の導体の端部（すなわち間隙形成セグメント４'−３）に近接して設けられ、それら端部によって少なくとも部分的に被覆された領域を占有する。言い換えれば、共振構造体４の第２の導体４−４は、第１の導体４−１，４−２、および４'−３のうちの間隙形成セグメント４'−３に近接して設けられ、誘電体基板５の第１の側で、誘電体基板５の第２の側の第１の導体の間隙形成セグメント４'−３によって少なくとも部分的に被覆された領域を占有している。

特に、少なくとも１つの共振構造体４は、第１の導体４−１，４−２、および４'−３の２つの間隙形成セグメント４'−３のうちの一方を第２の導体４−４と電気的に接続するように構成された少なくとも１つのバイア４−５（すなわち貫通接続部）をさらに備える。言い換えれば、第１の導体の２つの間隙形成セグメント４'−３のうちの１つが、その真下（又は上）に配置された第２の導体４−４の「被覆している」セグメントに対して少なくとも１つのバイア（４−５）を経由して短絡される。

従って、第１の導体の間隙形成端４'−３の一方は、共振回路４の第２の導体４−４に短絡されているため、第１の導体の２つの間隙形成セグメント４'−３の他方（短絡されていない方）と第２の導体４−４の「被覆している」セグメントによって、キャパシタが１つだけ構成される。

有利なことに、また２つの直列接続されたキャパシタを開示する第２の実施形態とは対照的に、この第３の実施形態は、より高い合計値を有するキャパシタンスを有する単一のキャパシタを備える構成を採用し、それによって、アンテナシステム３０の第２のアンテナ要素１に備わるオープンループ型の共振器の容量性負荷をさらに高める。

例示的構成では、第１の導体４−１，４−２、および４'−３の２つの間隙形成セグメント４'−３の他方（短絡されていない方）は、その端部において、その隣接するセグメントと比較して拡大した幅４'−３を有する。言い換えれば、共振構造体４の第１の導体に対する脚４'−３（すなわち間隙形成セグメント）の他方の端部は、第１の導体の中間部分４−２の表面積と比べてより広い表面積を有するパッドを形成するように配置される。

その結果、共振回路４の第１の導体および第２の導体によって被覆された表面積が増大し、それによって、第１のアンテナ要素１内のオープンループ共振器型の共振構造体４に対する容量性負荷がさらに改善されることになる。

ここで図４を参照すると、本発明の第４の実施形態に係るアンテナシステム４０の断面図が示されている。アンテナシステム４０は、第１のアンテナ要素１および第２のアンテナ要素２を備える。有利なことに、この第４の実施形態は、先行の実施形態と比較して、オープンループ型の共振器の誘導値をさらに増加する。

図示されていないが、アンテナシステム４０は、上述した第２のアンテナ要素２も備え、この実施形態が、両方とも同一のアンテナシステム２０に備わる第１のアンテナ要素１と第２のアンテナ要素２との間の干渉の影響を低減することを等しく可能にするようにしている。

第１のアンテナ要素１は、放射要素３、少なくとも１つの共振構造体４、および誘電体基板５を備える。放射構造体３は、誘電体基板５の第１の側に設けられた導体である。少なくとも１つの共振構造体４は、誘電体基板５の第２の側、すなわち裏側に（のみ）設けられた第１の導体４−１，４−２、４''−３、および４−６を備える。

特に、共振構造体４の誘導値を増加するために、第１の導体４−１，４−２、４''−３、および４−６の中間セグメント４−２の少なくとも１つは、蛇行パターン４−６に配策される。言い換えれば、第１の導体４−１，４−２、４''−３、および４−６は、その間隙形成セグメント４''−３に対して中間にある蛇行セグメント４−６を含む。

本発明に関しては、第１の導体４−１，４−２、４''−３、および４−６のうちの中間セグメント４−２のうちの少なくとも１つは、それが（すなわち蛇行セグメント４−６が）反対の横断方向を向く導電セグメントの連続的なループを有するのであれば、蛇行パターンの形状に配置されているといえる。

例示的構成では、共振構造体４の第１の導体の蛇行セグメント４−６は、放射構造体３によって（誘電体基板５の第１の側で）部分的に被覆されない（誘電体基板５の第２の側、すなわち裏側の）領域も占有している。

この概念は、間隙形成セグメントが拡大した幅を備えるか否か、オープンループ型共振器に容量性負荷するために第２の導体が設けられているか否か、又は第１の導体の間隙形成セグメントのうちの１つを第２の導体と短絡するために少なくとも１つのバイアが使用されているか否かに関係なく、適用させることができる。

従って、アンテナシステム４０の第１のアンテナ要素１は、上述の原理を採用するために、第１のアンテナ要素１に備わる共振回路４に対して、上述の変形のうちの１つ以上を採用することができる。この点に関しては、簡潔にするために、様々な実施形態の先行する説明を参照するのみとする。

例示的実施形態では、第１の導体４−１，４−２、４''−３、および４−６の２つの間隙形成セグメント４''−３のうちの他方（短絡されていない方）は、その端部に、その隣接セグメントと比べて拡大した幅４''−３を有する。

ここで図５を参照すると、本発明の第５の実施形態に係るアンテナシステム５０の断面図が示されている。アンテナシステム５０は、第１のアンテナ要素１および第２のアンテナ要素２を備える。有利なことに、この第５の実施形態は、先行の実施形態と比較して、オープンループ型の共振器の誘導値をさらに増加する。

特に、この第５の実施形態は、共振回路４の第１の導体が、共振回路４がオープンループ型の共振器であることによって定められたオープンループ断面を有するという原理だけでなく、共振回路４に備わる第２の導体がオープンループ断面を有するという原理を採用している。

図示されていないが、アンテナシステム５０は、上述した第２のアンテナ要素２も備え、この実施形態が、両方とも同一のアンテナシステム２０に備わる第１のアンテナ要素１と第２のアンテナ要素２との間の干渉の影響を低減することを等しく可能にするようにしている。

第１のアンテナ要素１は、放射要素３、少なくとも１つの共振構造体４、および誘電体基板５を備える。放射構造体３は、誘電体基板５の第１の側に設けられた導体である。少なくとも１つの共振構造体４は、誘電体基板５の第２の側、すなわち裏側に（のみ）設けられた第１の導体４−１，４−２，４*−３、および４−６を備える。

この目的で、少なくとも１つの共振構造体４は、以下のことを備える。

まず、第１の導体４−１，４−２，４*−３、および４−６は、誘電体基板５の第２の側に設けられ、第１の導体は、その２つのセグメント４*−３間に形成された間隙を有するオープンループ断面を有する。さらに、第１の導体４−１，４−２，４*−３、および４−６の２つの間隙形成セグメント４*−３のうちの少なくとも１つは、拡大した幅を備えるスタブ４−７をさらに電気的に接続する。

第２に、第２の導体４*−４は、誘電体基板５の第１の側に、放射構造体から空間的に離して設けられる。特に、第２の導体４*−４は、第１の導体４−１，４−２、および４*−３のうちの２つの間隙形成セグメント４*−３に近接して設けされる。特に、第２の導体４*−４は、誘電体基板５の第１の側で、誘電体基板５の第２の側に設けられたスタブ４*−７によって少なくとも部分的に被覆された領域を占有している。

第３に、少なくとも１つのバイア４−５が、第１の導体４−１，４−２、および４*−３の２つの間隙形成セグメント４*−３の一方（すなわち「被覆されている」方）を第２の導体４*−４と電気的に接続するように構成される。

少なくとも１つの共振構造体４のこの構成に基づき、第２の導体４*−４は、第１の導体４−１，４−２、および４*−３のオープンループ断面と同じ方向に曲がるオープンループ断面を形成するように適応させる。

有利なことに、２つのオープンループ断面の導体（すなわち共振構造体４の第１の導体４−１，４−２、および４*−３および第２の導体４*−４）は、同一の方向に二重に巻かれた連続的な螺旋を形成する。それにより、オープンループ型の共振器の誘導値は、先行の実施形態と比較して増大する。有益なことに、この形状は、低背の第１のアンテナ要素１における利用をも可能にし、最小限の空間のみを共振構造体４に帰属させる。

さらに、２つの導体のこの複雑な形状は、共振構造体４の第１および第２の導体を互いに結合するために必要になると同時に、連続的に巻回してオープンループ構造体にすることを可能にする。

例示的構成では、共振構造体４の誘導値は、第１の導体４−１，４−２、および４*−３の中間セグメント４−２のうちの少なくとも１つを蛇行パターン４−６に配策することによってさらに増大することができる。言い換えれば、第１の導体４−１，４−２、４*−３、および４−６は、その間隙形成セグメント４''−３に対して中間にある蛇行セグメント４−６を含む。

さらなる例示的構成では、共振構造体４の第１の導体の蛇行セグメント４−６は、放射構造体３によって（誘電体基板５の第１の側で）部分的に被覆された（誘電体基板５の第２の側、すなわち裏側の）領域も占有している。

ここで図６ａを参照すると、本発明の第６の実施形態に係るアンテナシステム６０の断面図が示されている。アンテナシステム６０は、第１のアンテナ要素１および第２のアンテナ要素２を備える。図６ｂは、第１のアンテナ要素１に関するシミュレートされた電流分布を説明する。

有利なことに、第６の実施形態は、両方が第１のアンテナ要素１に備わる放射要素３と少なくとも１つの共振構造体４との間の誘導結合をさらに改善する。図２ａに示すように、類似の構成が、第１の実施形態の任意の構成に関して既に記述されている。

図示されていないが、アンテナシステム６０は、上述した第２のアンテナ要素２も備え、この実施形態が、両方とも同一のアンテナシステム２０に備わる第１のアンテナ要素１と第２のアンテナ要素２との間の干渉の影響を低減することを等しく可能にするようにしている。

第１のアンテナ要素１は、放射要素３、少なくとも１つの共振構造体４、および誘電体基板５を備える。放射構造体３は、誘電体基板５の第１の側に設けられた導体である。少なくとも１つの共振構造体４は、誘電体基板５の第２の側、すなわち裏側に（のみ）設けられた第１の導体４−１，４−２、および４−３を備える。

アンテナシステム６０の放射構造体３は、少なくとも１つの共振構造体４との誘導結合をさらに強めるために、少なくとも１つの「ボトルネック」セグメント３−１を備える。ボトルネックセグメント３−１は、放射構造体３と少なくとも１つの共振構造体４との間のインピーダンス変換比を高め、従って、切断された実効電流の有用帯域幅を改善する。さらに、アンテナシステム全体を最適化するために、設定可能なインピーダンス変換比におけるさらなる自由度が有益に適用されることができる。

この目的で、放射構造体３は、少なくとも１つの共振構造体４のうちの１つを被覆しているセグメント（すなわち「ボトルネック」セグメント３−１）において、放射構造体３の隣接セグメントの幅と比較して減少した幅を有する。言い換えれば、放射構造体３を形成する導体は、共振構造体４の「被覆された」セグメントの真上（又は下）に同一の減少した断面を有する。

より詳細には、放射構造体３は、少なくとも１つの共振構造体４のうちの１つを被覆しているセグメントにおいて凹んだ（すなわち減少した幅を有する）導体を備える。放射構造体３の凹んだ導体は、少なくとも１つの共振構造体４のうちのその１つと同一の方向および／又は反対の方向を向いている。言い換えれば、放射セクションを形成する導体は、共振構造体４の「被覆された」セグメントの真上（又は下）に凹みを備えて構成され、この凹みは、その開口が、共振構造体４の「被覆されていない」セグメントと同一の方向又は反対の方向を向いている。

図６ｂから分かるように、「ボトルネック」セグメント３−１は、放射構造体３と少なくとも１つの共振構造体４との間の誘導結合のために電流を集中させる。特に、放射構造体３の「ボトルネック」セグメント３−１では、共振構造体の「被覆されたセグメント」上の電流に対して反対方向に向かう一部の電流が存在する。従って、放射構造体３に対する共振構造体の全体的な遠方界の寄与が無効になる。

最後に、様々な実施形態の上述のアンテナシステムの各々は、車両の屋根の上で使用するためのアンテナモジュールに含まれることができる。この目的で、アンテナモジュールは、アンテナシステムに加えて、外部の影響からアンテナシステムを保護するためのハウジング、アンテナシステムを載置するためのベース、アンテナ整合回路、および外部からの電気信号をアンテナシステムの第１のアンテナ要素および第２のアンテナ要素に対して送信／受信するための電気接続部を備える。さらに、車両の屋根は、アンテナシステムの第１のアンテナ要素および第２のアンテナ要素に対して接地面を提供する。

１０、２０、３０、４０、５０、６０ アンテナシステム
１ 第１のアンテナ要素
２ 第２のアンテナ要素
３ 放射構造体（導体を備える）
３−１ 導体のボトルネックセグメント
４ 共振構造体（第１および第２の導体のうちの少なくとも一方およびバイア（単数又は複数）を備える）
４−１ 第１の導体の被覆するセグメント
４−２ 第１の導体の中間セグメント
４−３，４'−３，４''−３，４*−３ 第１の導体の間隙形成セグメント
４−４，４*−４ 共振構造体の第２の導体
４−５ 共振構造体のバイア（１つ又は複数）
４−６ 間隙形成セグメントの蛇行パターン
４*−７ 第１の導体のスタブセグメント
５ 誘電体基板

Claims (14)

1. 第１の周波数帯に適応した第１のアンテナ要素（１）と、
   前記第１の周波数帯とは異なる第２の周波数帯に適応した第２のアンテナ要素（２）とを備えるアンテナシステムであって、前記第１のアンテナ要素（１）は、
   誘電体基板（５）の第１の側に設けられた放射構造体（３）と、
   前記誘電体基板（５）の第２の側、すなわち裏側に少なくとも部分的に設けられた少なくとも１つの共振構造体（４）を備え、
   前記少なくとも１つの共振構造体（４）は、前記第２の周波数帯における周波数で共振するように適応させたオープンループ型の共振器であり、
   前記少なくとも１つの共振構造体（４）は、前記誘電体基板（５）の前記裏側に前記放射構造体（３）に近接して設けられ、前記誘電体基板（５）の前記第２の側で、前記誘電体基板（５）の前記第１の側で前記放射構造体（３）によって部分的にのみ被覆された領域を占有し、
   前記少なくとも１つの共振構造体（４）は、
   前記誘電体基板（５）の前記第２の側に設けられた第１の導体（４−１，４−２，および４−３）を備え、前記第１の導体は、間に間隙を有する２つの間隙形成セグメント（４−３）を備え、前記第１の導体は、前記第１の導体の前記２つの間隙形成セグメント（４−３）の間に形成された前記間隙を有するオープンループ断面を有し、
   前記少なくとも１つの共振構造体（４）は、前記誘電体基板（５）の前記第１の側で、前記放射構造体から空間的に離して設けられた第２の導体（４−４）をさらに備え、
   前記第２の導体（４−４）は、前記第１の導体（４−１，４−２，および４−３）の前記間隙形成セグメント（４−３）に近接して設けられ、前記誘電体基板の前記第１の側で、前記２つの間隙形成セグメント（４−３）の少なくとも一方によって少なくとも部分的に被覆された領域を占有しているアンテナシステム。
   
2. 前記放射構造体（３）は、前記少なくとも１つの共振構造体（４）のうちのひとつを被覆するセグメントにおいて、前記放射構造体（３）の隣接セグメントの幅と比較して減少した幅を有する請求項１に記載のアンテナシステム。
   
3. 前記放射構造体（３）は、前記少なくとも１つの共振構造体（４）のうちの１つを被覆しているセグメントにおいて少なくとも１つの凹んだ導体を備え、
   前記放射構造体（３）の前記少なくとも１つの凹んだ導体は、前記少なくとも１つの共振構造体（４）のうちの前記１つと同一の方向および／又は反対の方向を向いている請求項１又は２に記載のアンテナシステム。
   
4. 前記第１の導体（４−１，４−２，および４−３）の中間セグメント（４−２）のうちの少なくとも１つが、蛇行パターン（４−６）に配策された請求項１〜３のいずれか一項に記載のアンテナシステム。
   
5. 前記第１の導体（４−１，４−２，および４−３）の前記２つの間隙形成セグメント（４−３）は、前記放射構造体（３）によって被覆されていない領域を占有している請求項１〜４のいずれか一項に記載のアンテナシステム。
   
6. 前記第１の導体（４−１，４−２）の前記２つの間隙形成セグメント（４−３）のうちの少なくとも一方は、拡大した幅を有する請求項１〜５のいずれか一項に記載のアンテナシステム。
   
7. 前記第１の導体（４−１，４−２，および４−３）の前記２つの間隙形成セグメント（４−３）のうちの少なくとも一方は、拡大した幅を有するスタブ（４−７）をさらに接続する請求項１〜６のいずれか一項に記載のアンテナシステム。
   
8. 前記第２の導体（４−４）は、前記第１の導体（４−１，４−２，および４−３）の前記間隙形成セグメント（４−３）に近接して設けられ、前記誘電体基板の前記第１の側で、前記誘電体基板（５）の前記第２の側の前記第１の導体（４−１，４−２，および４−３）の前記スタブ（４−７）によって少なくとも部分的に被覆された領域を占有している請求項７に記載のアンテナシステム。
   
9. 前記第２の導体（４−４）は、前記第１の導体の前記オープンループ断面と同一の方向に曲がるオープンループ断面を有する請求項１〜８のいずれか一項に記載のアンテナシステム。
   
10. 前記少なくとも１つの共振構造体（４）は、
    前記第１の導体（４−１，４−２，および４−３）の前記２つの間隙形成セグメント（４−３）のうちの一方を前記第２の導体（４−４）と接続するように適応させた少なくとも１つのバイア（４−５）をさらに備える請求項１〜９いずれか一項に記載のアンテナシステム。
    
11. 前記放射構造体は、
    前記第１の周波数帯内の異なる周波数で放射するように適応させた複数のセクションを備える導体を備える請求項１〜１０のいずれか一項に記載のアンテナシステム。
    
12. 前記第１のアンテナ要素は、マルチバンドの板状逆Ｆ型アンテナ要素である請求項１〜１１に記載のアンテナシステム。
    
13. 前記第２のアンテナ要素は、角を切り落とした矩形のパッチアンテナ要素である請求項１〜１２に記載のアンテナシステム。
    
14. 請求項１〜１３のいずれか一項に記載のアンテナシステムを備える車両の屋根の上で使用するためのアンテナモジュールであって、前記車両の屋根が、前記第１のアンテナ要素および前記第２のアンテナ要素に対する接地面を提供するアンテナモジュール。

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