JP7100081B2 - 車載用アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、小型低背の車載用のアンテナ装置に関する。

近年、車両においてＬＴＥ（Long Term Evolution）通信及びＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）通信を可能にするアンテナ装置の需要が高まっている。ＬＴＥ通信
は第３世代通信（３Ｇ）を高速化した通信形態である。ＭＩＭＯ通信は複数のアンテナを使い、それぞれのアンテナから異なるデータを送信し、複数のアンテナで同時にデータを受信する通信形態である。

ＬＴＥ通信用のアンテナ装置として、従来、特許文献１に開示されているアンテナ装置が知られている。このアンテナ装置は、長さが１００ｍｍ、幅が５０ｍｍ、高さが４５ｍｍのシャークフィンアンテナハウジングに収納される複数のアンテナを含み、そのうちの一つは、アンテナ装置の高さを決定づける不平衡アンテナ、つまりモノポールアンテナとなっている。特許文献１に開示されたアンテナ装置に限らず、車載用のアンテナ装置は、車両ルーフを接地面として利用するため、モノポールアンテナを使用するものが多い。

特表２０１６－５０４７９９号公報

ＬＴＥ通信やＭＩＭＯ通信で用いるアンテナ装置は、天頂方向（大地に対して鉛直上方）と直交する水平方向の利得が高い方が好ましい。また、車載用のアンテナ装置には、小型低背の要求がある。しかし、特許文献１に開示されたアンテナ装置のようにモノポールアンテナを低背化させると、天頂方向のアンテナサイズ（高さ）が減少することに起因してＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio）の劣化や利得の低下を招く。モノポールアンテナの場合、アンテナコイルなどを装荷して共振条件を満たしたり、インピーダンス整合回路を介挿することによってある程度の低背化は可能であるが、アンテナ自体のＶＳＷＲの劣化や利得の低下までは改善が困難である。また、車載アンテナ装置でＭＩＭＯ通信を行う場合、複数のアンテナを搭載する必要があるため、小型化には限界がある。

本発明の目的の一例は、車載用アンテナ装置が、モノポールアンテナに代わる小型低背の新たな構造を有することである。

本発明の一態様は、車両に取り付けられる車載用アンテナ装置であって、回路基板と、前記回路基板の外縁に沿って当該外縁を囲うように配置された第１のアンテナと、前記回路基板の外縁よりも内側に配置された少なくとも一つの第２のアンテナと、を備え、前記第１のアンテナは、二つ以上の周波数帯域で共振し、前記第２のアンテナは、前記第１のアンテナと異なる周波数帯域の信号を受信し、前記回路基板には、前記第１のアンテナおよび前記第２のアンテナのそれぞれの給電店の接続部材、並びに、車両側の電子機器と電気的に接続される電子回路が実装されていることを特徴とする。

上記態様によれば、小型低背であっても、アンテナ自体のＶＳＷＲの劣化や利得の低下を招くことなく、複数の周波数帯域で使用できる車載用アンテナ装置を実現することができる。

第１実施形態に係るアンテナ装置の外観斜視図。 （ａ）～（ｄ）は筐体の第１側面～第４側面の構造例を示した図。 （ａ）は筐体の上面図、（ｂ）は底面図。 筐体の第１側面の水平方向における垂直偏波の水平面平均利得特性図。 筐体の第２側面の水平方向における垂直偏波の水平面平均利得特性図。 筐体の第３側面の水平方向における垂直偏波の水平面平均利得特性図。 筐体の第４側面の水平方向における垂直偏波の水平面平均利得特性図。 ＧＮＳＳの周波数帯における平面アンテナの平均利得特性図。 ＳＸＭの周波数帯における平面アンテナの平均利得特性図。 第２実施形態に係るアンテナ装置の外観斜視図。 第３実施形態に係るアンテナ装置の外観斜視図。 第４実施形態に係るアンテナ装置の外観斜視図。 第５実施形態に係るアンテナ装置の外観斜視図。 第６実施形態に係るアンテナ装置の外観斜視図。 第７実施形態に係るアンテナ装置の外観斜視図。 （ａ）は第８実施形態のアンテナ装置の第１側面図、同（ｂ）は正面図、同（ｃ）は第４側面図、同（ｄ）は下面図。

以下、本発明を、ＬＴＥ通信及び衛星測位システムの受信に用いることができる車載用のアンテナ装置に適用した場合の実施の形態例を説明する。
［第１実施形態］
図１は第１実施形態に係るアンテナ装置の要部の構造例を示す外観斜視図である。このアンテナ装置１は、それ自体でＬＴＥ通信用のアンテナとして動作する筐体１０と、この筐体１０の所定領域に収納される絶縁性の回路基板２０と、回路基板２０に設けられた平面アンテナ３０とを有する。これらは、電波透過性の材質、例えば樹脂製のケースに収容され、例えば車両ルーフの窪み面などに嵌めこまれて使用される。車両ルーフの窪み面を、以後「取付面」と称する。平面アンテナ３０は、本実施形態では、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）用の電波を受信するパッチアンテナであり、取付面と略平行に設置される。すなわち、平面アンテナ３０は、厚みを有する絶縁性の誘電体の天頂部に取付面と略平行の放射素子を形成して構成される。回路基板２０には、後述する複数の給電点との接続部材と、車両側の電子機器に電気的に接続される増幅器等とを含むアンテナ部品も実装されている。

筐体１０は、箱状の金属筐体である。本実施形態では、一対の短端面と一対の長端面を有する略矩形柱の金属筐体を用いる。本明細書では、筐体１０のうち、図１左側の短端面全体を「第１側面」、図１では見えないもう一つの短端面全体を「第４側面」、図１右側手前の長端面全体を「第３側面」、図１では見えないもう一つの長端面全体を「第２側面」と呼ぶ。また、筐体１０の上底部全体を「天頂面」、図１では見えない下底部全体を「底面」と呼ぶ。第１側面、第２側面、第３側面、第４側面は、底面から起立する。図２（ａ）は第１側面、同（ｂ）は第２側面、同（ｃ）は第３側面、同（ｄ）は第４側面の筐体１０の構造説明図である。また、図３（ａ）は底面に対向する天頂面、同（ｂ）は底面の筐体１０の構造説明図である。

第１側面、第２側面、第３側面、第４側面はそれぞれ金属面であり、平面アンテナ３０が存在する所定領域を囲むように全方位を分割した角度（本例では９０度）で形成されている。第１側面、第２側面、第３側面、第４側面は、また、取付面への設置時に、車両ルーフに対して略直交する。車両ルーフは接地電位であり、筐体１０の底面の面積に比べて無限大の面積の大地とほぼ等価となるほどの複数倍の面積をもつ。そのため、第１側面、第２側面、第３側面、第４側面が指向する面で、水平方向で３６０度の全方位に指向性を持つアンテナエレメントとして動作し得る。これらのアンテナエレメントの動作原理につ
いては、後述する。

天頂面と底面もまた金属面となる。天頂面と底面は取付面と対向する面であり、天頂面はその中央部が略十字状に開口している。開口された部位を「開口部」、開口部以外の天頂面を「部分面」と呼ぶ。平面アンテナ３０は、開口部のほぼ中央部で露出している。そのため、平面アンテナ３０は、ＧＮＳＳ用の電波を受信する際に筐体１０の影響を受けにくくなっている。この効果については、後述する。なお、開口部を略十字状としたのは、筐体１０の平面アンテナ３０への干渉を低減させるためであるが、平面アンテナ３０の形状によっては、開口部を他の形状にしても構わない。例えば楕円状、矩形状としても良い。底面は、車両側への取付機構４０を除く部分が全て金属面となる。

筐体１０のサイズは、例えば天頂面及び底面の長辺が約２００ｍｍ、短辺が約１００ｍｍ、厚み（第１側面、第２側面、第３側面、第４側面の高さ）が約１７ｍｍである。ケースは筐体１０よりも僅かに大きいが、取付面からの高さは約２０ｍｍ以下となる。

第１側面にはスロット１１１が形成されている。スロット１１１は、図２（ａ）に示されるように、車両ルーフの取付面と平行又は略平行に形成され、両スロット端が、隣り合う第２側面及び第３側面に跨がる。スロット１１１が、第１側面のほか、隣り合う第２側面、第３側面に及ぶことで、スロット１１１を第１側面のみに形成する場合に比べてアンテナ装置１の幅（第１側面の幅）を狭くすることができる。
また、取付面が接地面であるため、スロット１１１は、動作時に垂直偏波用のスロットアンテナとして動作する。
送受信可能な周波数は、給電点の位置によってフレキシブルに決めることができる。給電点への給電は、例えば同軸ケーブルを用いる場合、芯線がスロット１１１の上縁（内縁の上方）、接地線がスロットの下縁（内縁の下付）に接続されることにより行われる。この給電点は、スロット１１１の中央部よりも左右いずれかにオフセットした部位に設ける。

例えば、給電点をスロット１１１のうち第１側面の第３側面寄りの位置に設けたとする。この場合、それぞれ反対方向から給電部を臨む第１スロット端（第２側面の閉端）と第２スロット端（第３側面の閉端）とを有することになる。第１スロット端から給電部までの長さは、ＬＴＥのＬｏｗＢａｎｄ（低周波帯域：以下同じ）の７００～９００ＭＨｚ帯で共振する波長（共振長）λ_Ｌの１／２とする。また、第２スロット端から給電部までの長さはＬＴＥのＨｉｇｈＢａｎｄ（高周波帯域：以下同じ）の１．７ＧＨｚ～２．７ＧＨｚで共振する波長（共振長）λ_Ｈの１／２とする。これにより、スロット１１１を、ＬＴＥ帯の全周波数帯で共振し、かつ、垂直偏波の送受信を可能にするスロットアンテナとして動作させることができる。
なお、各周波数帯域で使用できる周波数には一定の範囲（幅）がある。そのため、波長ないし共振長という場合、使用する周波数を中心とした一定の範囲（幅）の波長ないし共振長をいうものとする。

スロット１１４は、図２（ｄ）に示される通り、構造がスロット１１１と同様となる。つまり、スロット１１４を、ＬＴＥ帯の全周波数帯で共振し、かつ、垂直偏波の送受信を可能にするスロットアンテナとして動作させることができる。この場合、ＬＴＥ帯の低周波帯域で共振する波長（共振長）λ_Ｌの１／２と、ＬＴＥ帯の高周波帯域で共振する波長（共振長）λ_Ｈの１／２となる位置（例えばスロット内縁）に給電点を設ける。なお、スロット１１１とスロット１１４の給電点は、天頂面から見て点対称となる位置、つまり筐体１０において互いに最も離れた位置に設ける。これにより、両スロット１１１，１１４間の相関を弱めて、相互干渉を低減させることができる。

スロット１１１及びスロット１１４は、これらと直交する方向に主偏波が発生する。そのため、これらのスロットアンテナの主偏波は垂直偏波となる。つまり、スロット１１１及びスロット１１４が接地面に平行であれば、これらの主偏波は垂直偏波となる。また、スロットアンテナでは、スロット１１１及びスロット１１４が形成されている面の向いている方向（スロット１１１及びスロット１１４の開口方向）の利得が強く出る。そのため、これらを主要エレメントとするスロットアンテナは、スロット１１１及びスロット１１４が形成されている面の向いている水平方向における垂直偏波の利得が相対的に強くなる。例えば、第１側面を車両の前方に向け第４側面を車両の後方に向けてアンテナ装置１を取付面に取り付けた際には、スロット１１１が車両の前方を向いて形成され、スロット１１４が車両の後方を向いて形成されているので、車両の前後方向の水平方向における垂直偏波の利得が相対的に強くなる。この傾向は、後述するスリットアンテナにおいても同様となる。そのため、アンテナ装置１の取付面が車両ルーフから窪んでいても利得の低下が抑制される。

本実施形態では、ＬＴＥの低周波帯域と高周波帯域での信号の送信又は受信が可能となるように、スロット１１１及びスロット１１４のサイズと、各スロット１１１，１１４の内縁の給電部の位置を決定した。以後の説明では、スロット１１１を「ＬＴＥ第１アンテナ」、スロット１１４を「ＬＴＥ第４アンテナ」と呼ぶ。
ＬＴＥ第１アンテナは、第１側面の向いている水平方向の垂直偏波の利得が強くなる。そのため、例えば４×４ＭＩＭＯの第１アンテナとして動作させることができる。また、ＬＴＥ第４アンテナは、第４側面の向いている水平方向の垂直偏波の利得が強くなる。そのため、例えば４×４ＭＩＭＯの第４アンテナとして動作させることができる。

本実施形態では、また、第２側面にスリット１１２、第３側面にスリット１１３を形成し、これらをＬＴＥ用のスリットアンテナとして動作させる。
図１及び図２（ｂ）に示される通り、スリット１１２は、開放端が天頂面に形成され、閉端がスロット１１１，１１４の中間よりも少しスロット１１１側に偏った位置に形成される。第２側面でいえば、スリット１１２は、天頂面から底面方向に厚みの略中央部分まで切り込まれた後、スロット１１１の方向に向きを変えた直後の部分が閉端となる。当該スリット用の給電点は、例えば向きを変えた部位と閉端とのほぼ中間から閉端に偏った位置に設けられる。給電点からスリット開放端までの長さは、ＬＴＥの高周波帯の波長λ_Ｈの１／４である。
以後の説明では、スリット１１２を「ＬＴＥ第２アンテナ」と呼ぶ。ＬＴＥ第２アンテナは、第２側面の向いている水平方向の垂直偏波の利得が強くなる。そのため、例えば４×４ＭＩＭＯアンテナにおける第２アンテナとして動作させることができる。

スリット１１３の構造及びその給電点の位置は、図２（ｃ）に示される通り、スリット１１２と同じとなる。スリット１１３を「ＬＴＥ第３アンテナ」と呼ぶ。ＬＴＥ第３アンテナは、第３側面の向いている水平方向の垂直偏波の利得が強くなる。そのため、例えば４×４ＭＩＭＯアンテナにおける第３アンテナとして動作させることができる。

第１側面、第２側面、第３側面、第４側面、天頂面（部分面）及び底面は、全て一体の面であり、各スロット１１１，１１４及び各スリット１１２，１１３の周囲の金属の面積を、広大に確保することができる。そのため、そのような金属の面積が確保できない場合に比べて送受信できる周波数の帯域を拡げることができ、アンテナ効率も高まる。
また、筐体１０を車両ルーフの取付面と電気的に接続することで、車体全体を各スロット１１１，１１４及び各スリット１１２，１１３の周囲の金属として用いることができ、自由空間内よりもアンテナ性能を向上させることができる。また、例えばアンテナ装置１を周囲が金属となる窪みに配置させた場合であっても、特許文献１に開示された従来のモノポールアンテナと比較して、ＶＳＷＲや水平方向の利得の低下が抑制される。

次に、本実施形態のアンテナ装置１のアンテナ特性について説明する。図４は第１側面における利得特性、図５は第２側面における利得特性、図６は第３側面における利得特性、図７は第４側面における利得特性を示すグラフである。それぞれ、縦軸は水平面平均利得（ｄＢｉ）、横軸は周波数（ＭＨｚ）である。また、実線Ｇ１１，Ｇ２１，Ｇ３１，Ｇ４１は、図１に示されるように平面アンテナ３０を設けた場合の利得特性であり、破線Ｇ１２，Ｇ２２，Ｇ３２，Ｇ４２は、回路基板２０から平面アンテナ３０を取り外した場合の利得特性を示す。これらの利得特性から、第１側面および第４側面の各スロットアンテナの水平面平均利得Ｇ１１，Ｇ４１と、第２側面および第３側面の各スリットアンテナの水平面平均利得Ｇ２１，Ｇ３１は、平面アンテナ３０を設置しても取り外しても大きく変わらない。つまり、一つの筐体１０に水平面において全方位をカバーする４つのＬＴＥ用のアンテナと、ＧＮＳＳ用の平面アンテナ３０とを干渉なく同梱することができる。

また、各スロットアンテナ及びスリットアンテナの水平面平均利得Ｇ１１，Ｇ２１，Ｇ３１，Ｇ４１は、特許文献１に開示された長さ１００ｍｍ、幅５０ｍｍ、高さ４５ｍｍのシャークフィンアンテナの平均利得とさほど変わらず、むしろ本実施形態のアンテナ装置１の水平面平均利得の方が高くなる周波数帯さえある。本実施形態のアンテナ装置１は高さが１７ｍｍなので、従来型のアンテナ装置に比べてほぼ同じアンテナ特性で、より低背化にすることができるという利点がある。

図８は、ＧＮＳＳの周波数帯における平面アンテナ３０の利得特性を示すグラフであり、縦軸は平均利得（ｄＢｉ）、横軸は角度（°）である。実線は筐体１０が存在するときの平面アンテナ３０の平均利得Ｇ５１であり、破線は筐体１０を取り外したときの平面アンテナ３０の平均利得Ｇ５２である。それぞれ、窪みのある車両ルーフの取付部位に設けたときの平均利得である。角度０°および角度３６０°は平面アンテナ３０の誘電体から天頂部の放射素子に向かう方向、すなわち、アンテナ装置１を車両ルーフの取付部位に設置したときは車体の天頂方向である。１２０°～２４０°は、窪みのある車両ルーフの取付部位の側壁から取付面に向かう方向となる。図８より、スロットアンテナとスリットアンテナの中に平面アンテナ３０を設置しても平面アンテナ３０の平均利得Ｇ５１は大きく変わらないことがわかる。

以上の通り、第１実施形態では、スロット１１１，１１４及びスリット１１２，１１３に直交する方向が主偏波となるため、筐体１０を約１７ｍｍまで低背化させた場合においても、垂直偏波の利得を維持することができ、さらに、スロット１１１，１１４及びスリット１１２，１１３の開口方向、すなわち水平方向の垂直偏波の利得を高めることができる。そのため、車両ルーフの一部を窪ませ、その窪みの面に適合する形状及びサイズのアンテナ装置１を設置することで、水平方向の全方位角における利得を確保しつつ外観からアンテナ装置１を認識できなくなるようにすることができる。これにより、車両デザインの自由度を高めることができ、車両デザインの観点からは従来のこの種のアンテナ装置からは得られない効果を奏することができる。

なお、第１実施形態では、第１側面、第２側面、第３側面、第４側面がそれぞれ車両ルーフの取付面（接地面）と略垂直となる例を説明したが、これらの側面と取付面との角度は任意で良い。スロット１１１、１１４、スリット１１２，１１３がそれぞれ接地面に平行となる関係であれば水平方向の垂直偏波の利得を得ることができる。
第１実施形態では、また、底面、部分面、第１側面から第４側面が全て一体の面である場合の例を説明したが、この限りでない。底面と少なくとも一つの側面、部分面と少なくとも一つの側面、少なくとも二つの側面、あるいは、底面と三つの側面と部分面とが一体に形成されている構成であっても良い。これにより、全ての面が物理的に分離されている場合よりも加工・量産が容易となり、低コスト化を図ることができる。

＜変形例＞
第１実施形態では、平面アンテナ３０がＧＮＳＳ用のアンテナであったが、他の人工衛星を用いたＳＸＭ（Sirius XM）用のアンテナとすることもできる。図９は、ＳＸＭ用の周波数帯における平面アンテナの利得特性を示すグラフであり、縦軸は平均利得（ｄＢｉ）、横軸は角度（°）である。実線は筐体１０が存在するときの平面アンテナの平均利得Ｇ６１であり、破線は筐体１０を取り外したときの平面アンテナの平均利得Ｇ６２である。それぞれ、窪みのある車両ルーフの取付部位に設けたときの平均利得である。角度０°および角度３６０°は平面アンテナの誘電体から天頂部の放射素子に向かう方向である。図９より、ＳＸＭ用の平面アンテナの場合も、スロットアンテナとスリットアンテナの中に設置しても平面アンテナＧ６１の平均利得は大きく変わらないことがわかる。

[第２実施形態]
本発明の第２実施形態を説明する。第１実施形態と同じ部品については同一符号を付してその説明を省略する。第２実施形態のアンテナ装置２は、図１０の外観斜視図に示されるように、天頂面が全て開口している箱状の筐体１０－２の内部に回路基板２０を配置し、この回路基板２０に所定間隔でＧＮＳＳ用の平面アンテナ３０とＳＸＭ用の平面アンテナ５０とを並べて配置したものである。筐体１０－２は、それ自体でアンテナとして動作するものであり、その底面の構造は第１実施形態の筐体１０と同じである。また、底面と第１ないし第４側面とは一体に形成されている例を示すが、少なくとも二つの側面、あるいは、底面と少なくとも一つの側面とが一体であっても良い。

筐体１０－２の第１側面には、第２側面および第３側面にわたり、スロット２１１が形成されている。このスロット２１１は、第１実施形態のスロット１１１と同じサイズである。そのため、給電点を適切な位置にすることにより、スロット２１１をＬＴＥの全周波数帯の電波を送受信する４×４ＭＩＭＯの第１アンテナとして動作させることができる。筐体１０－２の第４側面には、第２側面および第３側面にわたり、スロット２１４が形成されている。このスロット２１４は、第１実施形態のスロット１１４と同じサイズである。そのため、給電点を適切な位置にすることにより、スロット２１４をＬＴＥの全周波数帯の電波を送受信する４×４ＭＩＭＯの第４アンテナとして動作させることができる。

また、筐体１０－２の第２側面にはスロット２１２が形成され、第３側面にはスロット２１３が形成されている。スロット２１２，２１３は、その長さ及び給電点の位置をＬＴＥの高周波帯での送受信を可能にする長さ及び位置にすることにより、ＬＴＥの高周波帯をカバーする４×４ＭＩＭＯの第２アンテナ、第３アンテナとして動作させることができる。第２実施形態のアンテナ装置２は、スロット２１１～２１４に直交する方向が主偏波となるため、筐体１０－２を約１７ｍｍまで低背化させた場合においても、垂直偏波の利得を維持することができ、さらに、スロット２１１～２１４のそれぞれの開口方向、すなわち水平方向の垂直偏波の利得を高めることができる。
平面アンテナ３０，５０の平均利得については、第１実施形態と同じである。アンテナ装置２には平面アンテナ３０，５０が並べて配置されているので、アンテナ装置２は、ＧＮＳＳ用の電波とＳＸＭ用の電波の両方を受信することができる。

[第３実施形態]
本発明の第３実施形態を説明する。第３実施形態のアンテナ装置３は、図１１の外観斜視図に示されるように、天頂面が開口している箱状の筐体１０－３の内部に回路基板２０を配置し、この回路基板２０に所定間隔でＧＮＳＳ用の平面アンテナ３０とＳＸＭ用の平面アンテナ５０とを並べて配置したものである。筐体１０－３は、それ自体でアンテナとして動作するものであり、その底面の構造は第１実施形態の筐体１０と同じである。また、底面と第１ないし第４側面とが一体に形成されている例を示すが、少なくとも二つの側面、あるいは、底面と少なくとも一つの側面とが一体であっても良い。筐体１０－３は天頂面が開口しているため、平面アンテナ３０，５０の平均利得に影響を与えないことは、図８及び図９の利得特性のグラフから明らかである。

筐体１０－３の第１側面、第２側面、第３側面及び第４側面には、それぞれスロット３１１，３１２，３１３，３１４が形成されている。スロット３１１，３１４は、ＬＴＥの高周波帯で共振するように、そのサイズ及び給電点の位置が決定される。また、スロット３１２，３１３は、ＬＴＥの全周波数帯で共振するように、そのサイズ及び給電点の位置が決定される。
第３実施形態のアンテナ装置３においても、スロット３１１～３１４に直交する方向が主偏波となるため、筐体１０－３を約１７ｍｍまで低背化させた場合においても、垂直偏波の利得を維持することができ、さらに、スロット３１１～３１４の開口方向、すなわち水平方向の垂直偏波の利得を高めることができる。

[第４実施形態]
本発明の第４実施形態を説明する。第４実施形態のアンテナ装置４は、図１２の外観斜視図に示されるように、第３実施形態のアンテナ装置３の筐体１０－３のうち、第２側面及び第３側面の一部を切り欠いた構造の筐体１０－４を有する。その他の構成は、アンテナ装置３と同じになる。すなわち、アンテナ装置４の筐体１０－４の第１側面、第２側面、第３側面及び第４側面のうち、第１側面にスロット４１１，第４側面にスロット４１４が形成されている。スロット４１１，４１４は、ＬＴＥの高周波帯で共振するように、そのサイズ及び給電点の位置が決定される。底面と第１ないし第４側面とが一体に形成されている例を示すが、この限りでない。例えば第１側面、第２側面及び第３側面と、第２側面、第３側面及び第４側面とを、互いに分離した一対の側面としても良い。

第４実施形態のアンテナ装置４においても、スロット４１１，４１４に直交する方向が主偏波となるため、筐体１０－４を約１７ｍｍまで低背化させた場合においても、垂直偏波の利得を維持することができ、さらに、スロット４１１，４１４の開口方向、すなわち水平方向の垂直偏波の利得を高めることができる。第２側面、第３側面の部分は切り欠かれているため、平面アンテナ３０，５０に与える影響が第１，２，３実施形態のアンテナ装置１，２，３よりも低減される。

[第５実施形態]
本発明の第５実施形態を説明する。第５実施形態のアンテナ装置５は、図１３の外観斜視図に示されるように、天頂面が開口している箱状の筐体１０－５の内部に回路基板２０を配置し、この回路基板２０に所定間隔でＧＮＳＳ用の平面アンテナ３０とＳＸＭ用の平面アンテナ５０とを配置したものである。筐体１０－５は、それ自体でアンテナとして動作するものであり、その底面の構造は第１実施形態の筐体１０と同じである。底面と第１ないし第４側面とが一体に形成されている例を示すが、少なくとも二つの側面、あるいは、底面と少なくとも一つの側面とが一体であっても良い。筐体１０－５の第１側面、第２側面、第３側面及び第４側面には、それぞれスリット５１１、５１２，５１３，５１４が形成されている。

各スリット５１１～５１４は、それぞれ開放端が筐体１０－５の枠に形成され、閉端が隣り合う他の側面の角部側に偏った位置に形成される。
第１側面でいえば、スリット５１１は、筐体１０－５の短端枠から底面方向に厚みの略中央部分まで切り込まれた後、第３側面の方向に向きを変えた直後の部分が閉端となる。当該スリット５１１用の給電点は、例えば向きを変えた部位と閉端とのほぼ中間から閉端に偏った位置に設けられる。給電点からスリット開放端までの長さは、ＬＴＥの高周波帯の波長λ_Ｈの１／４である。第４側面のスリット５１４も第１側面のスリット５１１と同じ構造となる。

第３側面の場合、筐体１０－５の長端枠から底面方向に厚みの略中央部分まで切り込まれた後、第４側面の方向に向きを変えた直後の部分が閉端となる。当該スリット５１３用の給電点は、例えば向きを変えた部位と閉端とのほぼ中間から閉端に偏った位置に設けられる。給電点からスリット開放端までの長さは、ＬＴＥの低周波帯の波長λ_Lの１／４である。第２側面のスリット５１２も第３側面のスリット５１３と同様となる。これらのスリット５１１～５１４は、各側面の向いている水平方向の垂直偏波の利得が強くなる。そのため、例えば４×４ＭＩＭＯアンテナにおける第１ないし第４アンテナとして動作させることができる。

[第６実施形態]
本発明の第６実施形態を説明する。第６実施形態のアンテナ装置６は、図１４の外観斜視図に示されるように、第４実施形態のアンテナ装置４の筐体１０－４のうち、第１側面及び第４側面が、互いに湾曲して対向する筐体１０－６を有する。回路基板２０は、第１側面及び第４側面に収容される形状になっている。第１側面にはスリット６１１が形成され、第４側面にはスリット６１４が形成されている。底面と第１側面及び第４側面とが一体に形成されているが、この限りでない。例えば第１側面と第４側面とで、互いに分離した一対の側面としても良い。
スリット６１１は、筐体１０－５の第１側面のうち、高さ方向の略中央部から、底面及び取付面と平行に切り込まれた部分が閉端となる。当該スリット６１１用の給電点は、例えば切り欠き直後と閉端とのほぼ中間から閉端に偏った位置に設けられる。給電点からスリット開放端までの長さは、ＬＴＥの高周波帯の波長λ_Ｈの１／４である。第４側面のスリット６１４も第１側面のスリット６１１と同じ構造となる。
また、スリット６１１が形成された第１側面とスリット６１４が形成された第４側面とは互いに湾曲して対向しているので、湾曲していないときに比べて、スリット６１１，６１４が互いに与える影響を低減することができる。

第６実施形態のアンテナ装置６においても、スリット６１１，６１４に直交する方向が主偏波となる。そのため、筐体１０－６を約１７ｍｍまで低背化させた場合においても、垂直偏波の利得を維持することができ、さらに、スリット６１１，６１４の開口方向、すなわち水平方向の垂直偏波の利得を高めることができる。第２側面、第３側面の部分は切り欠かれているため、平面アンテナ３０，５０に与える影響が第１，２，３，５実施形態のアンテナ装置１，２，３，５よりも低減される。

[第７実施形態]
本発明の第７実施形態を説明する。第７実施形態のアンテナ装置７は、図１５の外観斜視図に示されるように、第４実施形態のアンテナ装置４の筐体１０－４と同じ構造の筐体１０－７を有する。この筐体１０－７もそれ自体でアンテナとして動作するものであり、その底面部の構造及び回路基板２０は、アンテナ装置４と同じとなる。第１側面に形成されたスロット７１１はアンテナ装置４のスロット４１１と同じであり、第４側面に形成されたスロット７１４はアンテナ装置４のスロット４１４と同じである。そのため、アンテナ特性や指向性などもアンテナ装置４と同じになる。相違点は、回路基板２０に、平面アンテナ３０，５０に代えて、ＴＣＵ（Telematics Communication Unit）６０が配置されている点である。ＴＣＵ６０は、所定のデータセンタとの間の通信路を確立し、ドライブや充電などに便利な情報を受信するユニットである。

[第８実施形態]
本発明の第８実施形態を説明する。図１６（ａ）は第８実施形態のアンテナ装置８の第１側面図、同（ｂ）は正面図、同（ｃ）は第４側面図、同（ｄ）は下面図である。このアンテナ装置８は、樹脂製、つまり絶縁体から成る板体８０の表面に金属膜８１でスリット８１１を形成したものである。板体８０は、取付面に垂直に設置される。スリット８１１の長さ及び給電点の位置は、使用する周波数帯に共振するように決定される。
このような構成のアンテナ装置８は、スリット８１１の向いている水平方向の垂直偏波の利得が強くなる。これを取り付け可能な部位は、板体８０の厚みと長辺の長さ分だけで済むので、必ずしも車両ルーフに限らず、車体の側面などとすることができる。また、樹脂に金属膜８１を貼り付けるだけで、スリットアンテナを実現することができるので、コスト面でも有利となる。

第１ないし第７実施形態では、金属製の筐体１０，１０－２～１０－７をそれ自体でスロットアンテナ又はスリットアンテナとして動作させる例について説明したが、これらの筐体１０，１０－２～１０－７を絶縁体で構成し、その表面に金属膜でスロット１１１等又はスリット１１３等を形成するようにしても良い。この方がコストの面で有利となる。

また、第１ないし第８実施形態では、接地面となる車両ルーフの取付面及び大地と平行に、筐体１０，１０－２～１０－７及び板体８０を取り付けることを想定して説明したが、接地面を有する金属板を大地と垂直に車両に設けることができ、かつ大地よりもその接地面が近い場合、スロット１１１等及びスリット１１３等を大地と垂直に形成しても良い。

以上の説明の通り、本発明の態様の一つは、車両に取り付けられるアンテナ装置であって、取付面と略直交する面上に互いに異なる角度で形成された複数の金属面を有し、前記取付面に対向する部位が開口しており、各金属面には垂直偏波用のスロットアンテナとスリットアンテナの少なくとも一方が形成されている。
スロットやスリットをアンテナエレメントとする場合、アンテナエレメントに直交する方向が主偏波となる。また、スロットやスリットの開口方向（取付面と略平行な平面における当該スロットやスリットの長辺と略垂直の方向）に利得が強く出る。上記態様のアンテナ装置は、金属面に垂直偏波用のスロットとスリットの少なくとも一方が形成されているので、低背であっても取付面に平行な方向の垂直偏波の利得を高めることができる。さらに、複数の金属面が互いに異なる角度で形成されているので、スロットやスリットの開口方向を様々な方向とすることができ、様々な方向で垂直偏波の利得を高めることができる。さらに、回路基板等のアンテナ装置に関する部材やアンテナ部品を取付面に対向する部位に配置した場合に、取付面に対向する部位が開口しているので、開口していない場合に比べて、部材やアンテナ部品の変更や修理等を行いやすくなる。

Claims (6)

1. 車両に取り付けられる車載用アンテナ装置であって、
   回路基板と、
   前記回路基板の外縁に沿って当該外縁の少なくとも一部を囲うように配置された第１のアンテナと、
   前記回路基板の外縁よりも内側に配置された少なくとも一つの第２のアンテナと、
   を備え、
   前記第１のアンテナは、二つ以上の周波数帯域で共振し、
   前記第２のアンテナは、前記第１のアンテナと異なる周波数帯域の信号を受信し、
   前記回路基板には、前記第１のアンテナおよび前記第２のアンテナのそれぞれの給電点の接続部材、並びに、車両側の電子機器と電気的に接続される電子回路が実装されている、
   車載用アンテナ装置。
2. 前記第１のアンテナは、金属面を含んで構成され、
   前記第２のアンテナは、上方視点において前記金属面と重ならない位置に存在する、
   請求項１に記載の車載用アンテナ装置。
3. 前記第１のアンテナは、前記第２のアンテナを挟んで対向する少なくとも一対の金属面を含んで構成され、
   前記第２のアンテナは、上方視点において前記金属面のいずれにも重ならない位置に存在する、
   請求項１に記載の車載用アンテナ装置。
4. 前記第１のアンテナにおいて利得が最も強く出る方向と前記第２のアンテナにおいて利得が最も強く出る方向とが異なる、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の車載用アンテナ装置。
5. 前記第２のアンテナが、平面アンテナまたはＴＣＵである、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の車載用アンテナ装置。
6. 前記第１のアンテナと前記第２のアンテナは、前記車両のルーフに形成された窪みの内部に設けられる、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の車載用アンテナ装置。

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