JP7203883B2

JP7203883B2 - 複合アンテナ装置

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Publication number: JP7203883B2
Application number: JP2021060945A
Authority: JP
Inventors: 有吾田代
Original assignee: Harada Industry Co Ltd
Current assignee: Harada Industry Co Ltd
Priority date: 2021-03-31
Filing date: 2021-03-31
Publication date: 2023-01-13
Anticipated expiration: 2041-03-31
Also published as: JP2022156979A; DE112022001950T5; WO2022209804A1

Description

本発明は、ＭＩＭＯ（Multi Input Multi Output）に対応するアンテナ装置を含む複合アンテナに関する。

自動車に搭載されるアンテナ装置には、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）、電話など、複数の周波数帯の電波を単一装置にて送受信する機能が求められる。複数の周波数帯の電波を受信可能な複数のアンテナ素子を組み合わせたアンテナ装置のことを「複合アンテナ装置」とよぶ。

第５世代通信システム（５Ｇ）の普及にともない、大容量・高速の無線通信機能を実現するため、複合アンテナ装置にはＭＩＭＯの導入が検討されている。ＭＩＭＯとは、ある周波数帯におけるアンテナを複数化することで無線通信を高速化する技術である。すなわち、ＭＩＭＯに対応する複合アンテナ装置においては、同一周波数帯に対して同タイプのアンテナを複数搭載する必要がある。ＭＩＭＯではないが、たとえば、特許文献１，２に示すように複合アンテナ装置の構造としてはさまざまなものが提案されている。

特開２０１０－０８１５００号公報特開２０１７－１２６８３７号公報

従来の電話アンテナは特許文献１のように1つの周波数帯を受信するために1つのエレメントを設置していた。ＭＩＭＯは、同タイプのアンテナ、いいかえれば、サイズおよび形状において類似するアンテナを複数搭載する必要があるため、従来の構成では複合アンテナ装置のサイズが大きくなりやすい。

また、電話アンテナを天頂方向に指向性が必要なＧＮＳＳのようなパッチアンテナと組み合わせる際には、ＧＮＳＳのアンテナ利得の劣化が顕著となる。特許文献２のようにパッチアンテナを底上げし、電話アンテナエレメントとパッチアンテナの素子面を略面一にする場合にも、部品点数の増加やＧＮＳＳの特性が問題となっていた。本発明は、複合アンテナ装置において、ＭＩＭＯに対応しつつ全体のサイズを抑制するための技術、を提供する。

本発明のある態様における複合アンテナ装置は、四角形状の平面基体と、平面基体の中央に設置されるパッチアンテナと、パッチアンテナが動作する周波数帯とは異なる周波数帯において動作する第１アンテナと、第１アンテナが動作する周波数帯と実質同一の周波数帯において動作する第２アンテナと、を備える。
第１アンテナは、平面基体の第１辺に沿って延伸し、第１辺の端部で屈曲し、第１辺に隣接する第２辺に沿って延伸する放射板を有する。第２アンテナは、第１辺に対向する第３辺に沿って延伸し、第３辺の端部で屈曲し、第２辺に対向する第４辺に沿って延伸する放射板を有する。

本発明によれば、ＭＩＭＯに対応しつつ、複合アンテナ装置を小型化させやすくなる。

本実施形態における複合アンテナ装置の外観斜視図である。本体部の分解斜視図である。アンテナユニットの分解斜視図である。パッチアンテナの分解斜視図である。ＴＥＬエレメントを搭載しない場合のパッチアンテナの放射利得の周波数特性を示すグラフである。ＴＥＬエレメントを搭載しない場合のパッチアンテナの天頂軸比の周波数特性を示すグラフである。図７（ａ）は、上面放射板の延長量を０ミリメートルとしたときの複合アンテナ装置の外観斜視図である。図７（ｂ）は、上面放射板の延長量を２ミリメートルとしたときの複合アンテナ装置の外観斜視図である。図７（ｃ）は、上面放射板の延長量を４ミリメートルとしたときの複合アンテナ装置の外観斜視図である。図８（ａ）は、上面放射板の延長量を６ミリメートルとしたときの複合アンテナ装置の外観斜視図である。図８（ｂ）は、上面放射板の延長量を８ミリメートルとしたときの複合アンテナ装置の外観斜視図である。図８（ｃ）は、上面放射板の延長量を１２ミリメートルとしたときの複合アンテナ装置の外観斜視図である。図９（ａ）は、上面放射板の延長量を１６ミリメートルとしたときの複合アンテナ装置の外観斜視図である。図９（ｂ）は、上面放射板の延長量を２０ミリメートルとしたときの複合アンテナ装置の外観斜視図である。上面放射板および上面放射板をＧＮＳＳエレメントの直上までオーバーハングさせたときの複合アンテナ装置の外観斜視図である。ＴＥＬエレメントを搭載する場合のパッチアンテナの放射利得の周波数特性を示すグラフである。ＴＥＬエレメントを搭載する場合のパッチアンテナの天頂軸比の周波数特性を示すグラフである。変形例における複合アンテナ装置の外観斜視図である。

本実施形態におけるアンテナ装置は、ＧＮＳＳ周波数帯（１５７５ＭＨｚ付近）と電話周波数帯（７９１～９６０、１７１０～２１７０、２５００～２６９０ＭＨｚ）の電波を送受信可能な複合アンテナ装置である。なお、上記周波数以外にも、ＭＩＭＯ構成が必要な周波数帯のアンテナとパッチアンテナの任意の組み合わせに対して本発明は適用可能である。

図１は、本実施形態における複合アンテナ装置１００の外観斜視図である。
複合アンテナ装置１００は、樹脂製の外部カバー１０８により遮蔽される本体部１０６と、本体部１０６内部に給電する３本の給電線１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃを有する（以下、給電線１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃを特に区別しないときや、まとめて言うときには単に「給電線１０２」とよぶ）。給電線１０２は、いずれも同軸ケーブルである。給電線１０２Ａと給電線１０２Ｂは、２つの電話アンテナエレメント（以下、「ＴＥＬエレメント」とよぶ）に給電し、中央にある給電線１０２ＣはＧＮＳＳに対応するパッチアンテナに給電する（詳細後述）。なお、給電線１０２と外部カバー１０８の接点を「給電口１０４」とよぶ。

図１に示すように、本体部１０６の幅方向にＸ軸、長さ方向にＹ軸、高さ方向にＺ軸を設定する。本実施形態における複合アンテナ装置１００の本体部１０６のサイズは、幅６０ミリメートル（Ｘ軸）、長さ６８ミリメートル（Ｙ軸）、高さ２５ミリメートル（Ｚ軸）である。

図２は、本体部１０６の分解斜視図である。
本体部１０６は、外部カバー１０８、アンテナユニット１１０、ブラケット１１２を含む。外部カバー１０８、アンテナユニット１１０およびブラケット１１２は、４つのネジ１１６により相互に固定される。ブラケット１１２は金属製の台座である。ブラケット１１２は接地電位に設定される。

アンテナユニット１１０は、２つのＴＥＬエレメント１２０ＡおよびＴＥＬエレメント１２０Ｂと、パッチアンテナ１３０を含む。パッチアンテナ１３０には、天頂方向（Ｚ軸方向）への電波指向性が必要である。このため、パッチアンテナ１３０の上方には他のアンテナエレメントを配置しないことが望ましいと考えられている。
以下においては、ＴＥＬエレメント１２０ＡとＴＥＬエレメント１２０Ｂをまとめていうときや特に区別しないときには、「ＴＥＬエレメント１２０」とよぶ。他の部材についても同様である。

図３は、アンテナユニット１１０の分解斜視図である。
アンテナユニット１１０は、２つのＴＥＬエレメント１２０Ａ、ＴＥＬエレメント１２０Ｂと、スペーサ部材１５０、パッチアンテナ１３０、２つのＰＣＢ１５４（Printed Circuit Board）および平面基体１５２を含む。平面基体１５２は、第１辺１６０（Ｙ軸方向）、第２辺１６２（Ｘ軸方向）、第３辺１６４（Ｙ軸方向）および第４辺１６６（Ｘ軸方向）の４辺を有する四角形状の金属板である。平面基体１５２は、ブラケット１１２と接触し、接地電位に設定される。ＰＣＢ１５４Ａは給電線１０２Ａの端部を固定し、給電線１０２ＡとＴＥＬエレメント１２０Ａを接続する回路基板である。ＰＣＢ１５４Ｂは給電線１０２Ｂの端部を固定し、給電線１０２ＢとＴＥＬエレメント１２０Ｂを接続する回路基板である。２つのＰＣＢ１５４Ａ、１５２Ｂは、マッチングのためのインピーダンス調整回路を搭載する。なお、このようなマッチングのための回路が必要ないときには、ＰＣＢ１５４を設けることなく給電線１０２からＴＥＬエレメント１２０等に直接給電してもよい。

ＴＥＬエレメント１２０Ａは、第１辺１６０に沿って延伸し、ＹＺ平面を放射面とする第１側面放射板１３２Ａと、第２辺１６２に沿って延伸し、ＸＺ平面を放射面とする第２側面放射板１３６Ａと、第１辺１６０と第２辺１６２の中間において第１側面放射板１３２Ａと第２側面放射板１３６Ａを接続する中間側面放射板１３４Ａと、第２側面放射板１３６Ａの端部（第３辺１６４側）において折り返し、ＸＹ平面を放射面として第２辺１６２に沿って延伸する上面放射板１３８Ａを含む。

ＴＥＬエレメント１２０Ｂは、第３辺１６４に沿って延伸し、ＹＺ平面を放射面とする第１側面放射板１３２Ｂと、第４辺１６６に沿って延伸し、ＸＺ平面を放射面とする第２側面放射板１３６Ｂと、第３辺１６４と第４辺１６６の中間において第１側面放射板１３２Ｂと第２側面放射板１３６Ｂを接続する中間側面放射板１３４Ｂと、第２側面放射板１３６Ｂの端部（第１辺１６０側）において折り返し、ＸＹ平面を放射面として第４辺１６６に沿って延伸する上面放射板１３８Ｂを含む。

ＴＥＬエレメント１２０Ａ、１２０Ｂは樹脂製のスペーサ部材１５０に設置される。なお、本実施形態おけるスペーサ部材１５０はポリカーボネイト（ＰＣ：polycarbonate）により形成されるが、スペーサ部材１５０は少なくとも絶縁性の素材により形成されればよい。スペーサ部材１５０の中央は開口されており、ここにパッチアンテナ１３０が嵌め込まれる。本実施形態においてはＴＥＬエレメント１２０をスペーサ部材１５０により支えているが、外部カバー１０８等の他の部材によりＴＥＬエレメント１２０を支持してもよい。

ＴＥＬエレメント１２０Ａは、第１側面放射板１３２Ａの端部（第４辺１６６側）に給電端１４０Ａを有する。給電端１４０ＡはＰＣＢ１５４Ａと接続される。ＴＥＬエレメント１２０Ｂは、第１側面放射板１３２Ｂの中間側面放射板１３４Ｂ側（第４辺１６６側）に給電端１４０Ｂを有する。給電端１４０ＢはＰＣＢ１５４Ｂと接続される。ＴＥＬエレメント１２０ＡおよびＴＥＬエレメント１２０Ｂはいずれも逆Ｌアンテナとなっている。

給電線１０２ＡからＰＣＢ１５４Ａを経由して給電端１４０Ａに交流電流が供給される。ＴＥＬエレメント１２０Ａの場合、給電端１４０Ａから第１側面放射板１３２Ａ、第２側面放射板１３６Ａ等を経由して上面放射板１３８Ａの端部に至るまでの経路において電気長が最大となる。上面放射板１３８Ａを形成することにより、ＴＥＬエレメント１２０Ａの電気長を大きく確保できる。また、図３に示す経路Ｄ１のように、電気長が短い部分も有する。長短さまざまな電気長を有するため、ＴＥＬエレメント１２０Ａは広帯域に対応できる。

同様にして、給電線１０２ＢからＰＣＢ１５４Ｂを経由して給電端１４０Ｂに交流電流が供給される。ＴＥＬエレメント１２０ＡおよびＴＥＬエレメント１２０Ｂは、給電端１４０の位置を除けば、ほぼ同一形状となっている。ほぼ同一形状の２つのＴＥＬエレメント１２０を搭載することで、複合アンテナ装置１００はＭＩＭＯ構成を実現する。

第１辺１６０および第２辺１６２において、第１側面放射板１３２Ａ、中間側面放射板１３４Ａおよび第２側面放射板１３６Ａはいずれも平面基体１５２に対してそれらの放射面が垂直になるように設置している。いいかえれば、第１側面放射板１３２Ａ、中間側面放射板１３４Ａおよび第２側面放射板１３６Ａの放射面の法線の方向は、いずれも上面視における水平方向と一致する。ＴＥＬエレメント１２０Ｂについても同様である。特許文献１，２に示す側面を用いない構成と比べて、ＴＥＬエレメント１２０を設置するための面積を小さくできるため、平面基体１５２の平面サイズ（ＸＹ平面）を小さくできる。また、パッチアンテナ１３０の放射素子の上部の開放性も確保できる。

更に、ＴＥＬエレメント１２０Ａは第２辺１６２（Ｘ方向）に沿って延伸する上面放射板１３８Ａを有し、ＴＥＬエレメント１２０Ｂも第４辺１６６（Ｘ方向）に沿って延伸する上面放射板１３８Ｂを有する。上面放射板１３８Ａおよび上面放射板１３８Ｂはいずれも平面基体１５２に対して放射面が平行となる。いいかれば、上面放射板１３８Ａおよび上面放射板１３８Ｂの放射面は、いずれもアンテナユニット１１０の上面に向いている。水平面（ＸＹ）を放射面とする上面放射板１３８を有することにより、ＴＥＬエレメント１２０の水平偏波についての送受信利得が向上する。

本実施形態においては、ＴＥＬエレメント１２０Ａは電波受信のみに対応し、ＴＥＬエレメント１２０Ｂは電波の送信と受信の双方に対応する。また、２つのＴＥＬエレメント１２０は、いずれも、上述の電話周波数帯に幅広く対応できる。

上述したように、ＴＥＬエレメント１２０Ａの給電端１４０Ａは第１側面放射板１３２Ａの端部側（第４辺１６６側）に形成され、ＴＥＬエレメント１２０Ｂの給電端１４０Ｂは第１側面放射板１３２Ｂの非端部側（第４辺１６６側）に形成されている。すなわち、給電端１４０Ａおよび給電端１４０Ｂを結ぶ直線は第４辺１６６および第２辺１６２に対して平行となる。この結果、給電口１０４から給電端１４０Ａまでの距離と、給電口１０４から給電端１４０Ｂまでの距離はほぼ同一となり、ＴＥＬエレメント１２０ＡおよびＴＥＬエレメント１２０Ｂの給電条件を揃えることができる。ＭＩＭＯ構成においては、同タイプのアンテナエレメントを複数搭載することが求められる。複合アンテナ装置１００においては、ＴＥＬエレメント１２０ＡおよびＴＥＬエレメント１２０Ｂの形状だけでなく、給電条件も同一にすることで、ＭＩＭＯとしての性能を高めている。

図４は、パッチアンテナ１３０の分解斜視図である。
パッチアンテナ１３０は、ＧＮＳＳエレメント１７０（放射素子）、ホルダ１７２、ＰＣＢ１７４、シールドカバーシールドケース１７６およびパッド１７８を含む。ＧＮＳＳエレメント１７０は、樹脂製のホルダ１７２を介してＰＣＢ１７４に設置される。ＧＮＳＳエレメント１７０は給電線１０２ＣからＰＣＢ１７４に設置される電子回路を介して給電される。ＰＣＢ１７４の実装部品はリング状のシールドケース１７６により遮蔽され、平板状のパッド１７８により絶縁された状態で平面基体１５２と接続される。本実施形態におけるＧＮＳＳエレメント１７０は、金属板により形成される。

図５は、ＴＥＬエレメント１２０を搭載しない場合のパッチアンテナ１３０の放射利得の周波数特性を示すグラフである。
横軸は周波数、縦軸はパッチアンテナ１３０の放射利得（ｄＢ）を示す。まず、複合アンテナ装置１００にパッチアンテナ１３０のみを搭載し、ＴＥＬエレメント１２０を搭載しない場合の放射利得を計測した。詳細は後述するが、ＴＥＬエレメント１２０を搭載することで、パッチアンテナ１３０の放射利得が低下することがわかる。したがって、図５に示す放射利得は、ＴＥＬエレメント１２０が存在しない場合の理想的な放射利得、いいかえれば、パッチアンテナ１３０本来の性能を示す。

ＧＮＳＳ周波数帯は、１５７５ＭＨｚ近辺で最大となる。図５に示すグラフによれば、パッチアンテナ１３０はＧＮＳＳ周波数帯において４．５（ｄＢ）程度の放射利得を有することがわかる。

図６は、ＴＥＬエレメント１２０を搭載しない場合のパッチアンテナ１３０の天頂軸比の周波数特性を示すグラフである。
横軸は周波数、縦軸はパッチアンテナ１３０の天頂軸比を示す。図５と同様、複合アンテナ装置１００にＴＥＬエレメント１２０を搭載しない場合の天頂軸比を計測した。人工衛星からは円偏波にてＧＮＳＳ周波数帯の電波が送信される。天頂軸比は、パッチアンテナ１３０がこの電波を受信したときの受信電波の真円度、いいかえれば、歪みの少なさを示す指標である。天頂軸比が小さいほど真円度が高く、パッチアンテナ１３０の受信特性として望ましい。天頂軸比は所定の目標値以下であればよい。図６のグラフによれば、ＴＥＬエレメント１２０が存在しないときのパッチアンテナ１３０はＧＮＳＳ周波数帯において十分にその天頂軸比が小さくなっている。

図７（ａ）、図７（ｂ）および図７（ｃ）は、上面放射板１３８の幅を変化させたときの複合アンテナ装置１００の外観斜視図である。
本発明者の実験によれば、複合アンテナ装置１００にＴＥＬエレメント１２０を搭載することにより、パッチアンテナ１３０の放射利得および天頂軸比（以下、まとめて「ＧＮＳＳ特性」とよぶ）が低下することがわかった（詳細後述）。そこで、本発明者は上面放射板１３８Ａおよび上面放射板１３８Ｂの幅（以下、「上面幅」とよぶ）を変化させることで、パッチアンテナ１３０のＧＮＳＳ特性がどのように影響を受けるかを分析した。

図７（ａ）は上面放射板１３８Ａおよび上面放射板１３８Ｂの上面幅を２ミリメートルとしたときの複合アンテナ装置１００の外観斜視図である。このときの上面幅を「基本幅」とよぶ。図７（ａ）に示す上面放射板１３８の延長量Ｗ、すなわち、基本幅からの上面放射板１３８の内部へのせり出しの大きさは０ミリメートルである。

図７（ｂ）は上面放射板１３８Ａおよび上面放射板１３８Ｂの一部について延長量Ｗを２ミリメートル（上面幅は４ミリメートル）としたときの複合アンテナ装置１００の外観斜視図である。図７（ｃ）は上面放射板１３８Ａおよび上面放射板１３８Ｂの一部について延長量Ｗを４ミリメートル（上面幅は６ミリメートル）にしたときの外観斜視図である。

図８（ａ）は、上面放射板１３８Ａおよび上面放射板１３８Ｂの一部について延長量Ｗを６ミリメートルとしたときの複合アンテナ装置１００の外観斜視図である。図８（ｂ）は、上面放射板１３８Ａおよび上面放射板１３８Ｂの一部について延長量Ｗを８ミリメートルとしたときの複合アンテナ装置１００の外観斜視図である。図８（ｃ）は、上面放射板１３８Ａおよび上面放射板１３８Ｂの一部について延長量Ｗを１２ミリメートルとしたときの複合アンテナ装置１００の外観斜視図である。

図９（ａ）は、上面放射板１３８Ａおよび上面放射板１３８Ｂの一部について延長量Ｗを１６ミリメートルとしたときの複合アンテナ装置１００の外観斜視図である。図９（ｂ）は、上面放射板１３８Ａおよび上面放射板１３８Ｂの一部について延長量Ｗを２０ミリメートルとしたときの複合アンテナ装置１００の外観斜視図である。

図１０は、上面放射板１３８Ａおよび上面放射板１３８ＢをＧＮＳＳエレメント１７０の直上までオーバーハングさせたときの複合アンテナ装置１００の外観斜視図である。
図１０における上面放射板１３８の延長量Ｗは１２ミリメートル（上面幅は１４ミリメートル）である。このとき、上面放射板１３８の一部はＧＮＳＳエレメント１７０の直上までオーバーハングする。いいかえれば、複合アンテナ装置１００をＺ軸方向から見たとき、上面放射板１３８の一部とＧＮＳＳエレメント１７０の一部が重複する位置まで、上面放射板１３８は中央にせり出している。

図１１は、ＴＥＬエレメント１２０を搭載する場合のパッチアンテナ１３０の放射利得の周波数特性を示すグラフである。
図５のグラフと比べると、複合アンテナ装置１００にＴＥＬエレメント１２０を搭載することにより、パッチアンテナ１３０の放射利得は低下している。その一方、上面放射板１３８の延長量Ｗが１２ミリメートルのとき（図８（ｃ）、図１０参照）、ＧＮＳＳ周波数帯において放射利得は３（ｄＢ）以上を維持できている。

図１１のグラフによれば、１５７５ＭＨｚにおいて、延長量Ｗ＝１２ミリメートルの次には、延長量Ｗ＝１６ミリメートル（図９（ａ）参照）、延長量Ｗ＝８ミリメートル（図８（ｂ）参照）、延長量Ｗ＝４ミリメートル（図７（ｃ）参照）、延長量Ｗ＝２０ミリメートル（図９（ｂ）参照）、延長量Ｗ＝０ミリメートル（図７（ａ）参照）、の順に放射利得が高くなっている。

本発明者の検討により、上面幅を大きくすることにより、パッチアンテナ１３０の放射利得が改善するが、延長量Ｗ＝１２ミリメートルをピークとして放射利得は再び劣化していくことがわかった。ただし、延長量Ｗ＝２０ミリメートルとした場合であっても、延長量Ｗ＝０ミリメートルのときよりもパッチアンテナ１３０の放射利得は大きい。

図１２は、ＴＥＬエレメント１２０を搭載する場合のパッチアンテナ１３０の天頂軸比の周波数特性を示すグラフである。
１５７５ＭＨｚにおいて、延長量Ｗ＝０ミリメートルのときを除けば天頂軸比は過度に大きくなることはない。ＧＮＳＳ周波数帯の中心周波数１５７５ＭＨｚから計算すると、このときの波長（以下、「ＧＮＳＳ波長」とよぶ）は約１９０ミリメートルとなる。上面放射板１３８の基本幅が２ミリメートルなので、延長量Ｗ＝１２ミリメートルのときには上面幅は１４ミリメートルとなる。このときの上面幅は、１４÷１９０＝０．０７により、約０．０７×ＧＮＳＳ波長に対応する。

同様にして、延長量Ｗ＝４ミリメートルのときの上面幅は（４＋２）÷１９０＝０．０３により、約０．０３×ＧＮＳＳ波長に対応する。また、延長量Ｗ＝２０ミリメートルのときの上面幅は（２０＋２）÷１９０＝０．１１６により、約０．１１６×ＧＮＳＳ波長に対応する。図１１および図１２に示されるＧＮＳＳ特性によれば、上面幅は０．０７×ＧＮＳＳ波長が最も望ましく、０．０３×ＧＮＳＳ波長から０．１１６×ＧＮＳＳ波長までの範囲であれば、少なくとも基本幅のみのときに比べてＧＮＳＳ特性が改善されることがわかった。

［総括］
以上、本実施形態に基づいて複合アンテナ装置１００を説明した。
複合アンテナ装置１００は、実質的に同一形状のＴＥＬエレメント１２０ＡおよびＴＥＬエレメント１２０Ｂをアンテナユニット１１０に搭載することにより、ＭＩＭＯ構成を実現している。ここで、ＴＥＬエレメント１２０Ａの第１側面放射板１３２Ａ，中間側面放射板１３４Ａおよび第２側面放射板１３６Ｂの放射面を側面に向けることにより、平面基体１５２の平面サイズを小さくできる。ＴＥＬエレメント１２０Ｂについても同様である。

複合アンテナ装置１００において、ＴＥＬエレメント１２０Ａを第１辺１６０、第２辺１６２側に設置し、ＴＥＬエレメント１２０Ｂを第３辺１６４、第４辺１６６側に設置することで、ＴＥＬエレメント１２０ＡおよびＴＥＬエレメント１２０Ｂを対角配置している。ＭＩＭＯ構成に対応するためにＴＥＬエレメント１２０ＡおよびＴＥＬエレメント１２０Ｂは実質的に同一形状となる。この同一形状という特徴を利用して、ＴＥＬエレメント１２０ＡおよびＴＥＬエレメント１２０Ｂを対角配置することにより、平面基体１５２に設置スペースを有効活用できる。対角配置構成も、平面基体１５２の平面サイズの縮小に寄与している。

また、ＴＥＬエレメント１２０Ａは、上面放射板１３８Ａを有する。ＴＥＬエレメント１２０Ｂも同様にして上面放射板１３８Ｂを有する。上面放射板１３８の放射面を水平とすることにより、水平偏波の送受信性能も確保できる。

上面放射板１３８Ａを、第２側面放射板１３６Ａの端点から第２辺１６２に沿って延伸する方向に折り返すことで、ＴＥＬエレメント１２０Ａの電気長を大きく確保できる。これにより、ＴＥＬエレメント１２０Ａを広帯域化しやすくなる。ＴＥＬエレメント１２０Ａの第１側面放射板１３２Ａ、中間側面放射板１３４Ａ、第２側面放射板１３６Ａおよび上面放射板１３８Ａは１枚の板金から構成されており、さまざまな電気長を有するため、単一のＴＥＬエレメント１２０Ａにて広帯域に対応できる。ＴＥＬエレメント１２０Ａを複数の板金の組み合わせにより構成してもよい。たとえば、第１側面放射板１３２Ａ、中間側面放射板１３４Ａ、第２側面放射板１３６Ａを１枚の板金から形成し、これに別の板金により形成される上面放射板１３８Ａを接合することによりＴＥＬエレメント１２０Ａ全体を構成してもよい。ＴＥＬエレメント１２０Ａの一部または全部を、平面基体１５２の一部により形成してもよい。たとえば、平面基体１５２の一部を折り曲げることにより、第１側面放射板１３２Ａ、中間側面放射板１３４Ａおよび第２側面放射板１３６Ａを形成し、これに上面放射板１３８Ａを接合するとしてもよい。このように、ＴＥＬエレメント１２０Ａの構成に際しては、複合アンテナ装置１００に対する要求仕様に応じて様々な構成方法から最適なものを選択すればよい。ＴＥＬエレメント１２０Ｂについても同様である。以上の構成により、ＭＩＭＯ対応および複合アンテナ装置１００の平面サイズの縮小化だけでなく、ＴＥＬエレメント１２０ＡおよびＴＥＬエレメント１２０Ｂの広帯域化も実現できる。

更に、給電端１４０Ａおよび給電端１４０Ｂの位置を、給電口１０４から給電端１４０Ａまでの距離と、給電口１０４から給電端１４０Ｂまでの距離をほぼ同等となる位置とすることにより、ＴＥＬエレメント１２０ＡおよびＴＥＬエレメント１２０Ｂの給電条件を均等化できる。このような構成により、伝送ロスも均等化することができるため、ＭＩＭＯシステムにとって最適な条件で送受信が可能となる。

また、上面放射板１３８Ａおよび上面放射板１３８Ｂを中央方向に適度にオーバーハングさせることで、パッチアンテナ１３０のＧＮＳＳ特性が改善することが判明した。複合アンテナ装置１００においては、上面放射板１３８Ａおよび上面放射板１３８Ｂの上面幅を適切に調整することで、パッチアンテナ１３０と２つのＴＥＬエレメント１２０を搭載しつつ、パッチアンテナ１３０の性能を改善することができる。

なお、本発明は上記実施形態や変形例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。上記実施形態や変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成してもよい。また、上記実施形態や変形例に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。

［変形例］
図１３は、変形例における複合アンテナ装置１００の外観斜視図である。
本実施形態においては、ＴＥＬエレメント１２０Ａは第２側面放射板１３６Ａの端点（第２辺１６２と第３辺１６４の交点部分）において、上面放射板１３８Ａを折り返す形状にて形成するとして説明した。また、ＴＥＬエレメント１２０Ｂは第２側面放射板１３６Ｂの端点（第４辺１６６と第１辺１６０の交点部分）において、上面放射板１３８Ｂを折り返す形状にて形成するとして説明した。変形例として、折り返し型ではなく、図１３に示すように第２側面放射板１３６Ａの一部がそのまま中央方向（内側）に折り曲げられた形状にて上面放射板１３８Ａを形成してもよい。同様にして、第２側面放射板１３６Ｂの一部を折り曲げる形状にて上面放射板１３８Ｂを形成してもよい。この場合にも、上面放射板１３８Ａおよび上面放射板１３８Ｂの上面幅を調整することでＧＮＳＳ特性を改善してもよい。

ＴＥＬエレメント１２０は、逆Ｌアンテナであるとして説明したが、逆Ｆアンテナであってもよい。パッチアンテナ１３０は、ＧＮＳＳに限らず、ＳＤＡＲＳ（Satellite Digital Audio Radio Service）のような衛星放送あるいはＥＴＣ（Electronic Toll Collection System）に対応したアンテナであってもよい。同様にして、ＭＩＭＯ構成とするアンテナエレメントは、電話に限らず、ＡＭ／ＦＭなど他の周波数帯に対応したものであってもよい。また、ＴＥＬエレメント１２０の代わりに、Wi-FiアンテナをＭＩＭＯ構成としてもよい。複合アンテナ装置１００が対応する周波数帯は、本実施形態に示した周波数帯に限られるものではないことは当業者には理解されるところである。

パッチアンテナ１３０のＧＮＳＳエレメント１７０は、板金により形成される。このほか、パッチアンテナ１３０はセラミックスパッチアンテナ、あるいは、多層基板パッチアンテナとして形成されてもよい。

本実施形態においては上面放射板１３８Ａおよび上面放射板１３８Ｂの一部をオーバーハングさせるとして説明したが、上面放射板１３８を全体的にオーバーハングさせてもよい。

本実施形態においては第１側面放射板１３２Ａ等の放射面は平面基体１５２に対して垂直であるとして説明したが、第１側面放射板１３２Ａ等の放射面は平面基体１５２に対して正確に垂直である必要はなく実質的に垂直（以下、「略垂直」とよぶ）であればよい。具体的には、第１側面放射板１３２Ａ等の放射面の平面基体１５２に対する傾きは、７０度から１１０度、より好ましくは、８０度から１００度、更に好ましくは、８５度から９５度の範囲内であればよい。同様にして、上面放射板１３８の放射面は平面基体１５２に対して平行であるとして説明した。上面放射板１３８の放射面は平面基体１５２に対して正確に平行である必要はなく実質的に平行（以下、「略平行」とよぶ）であればよい。具体的には、上面放射板１３８の放射面の平面基体１５２に対する傾きは、－２０度から＋２０度、より好ましくは、－１０度から＋１０、更に好ましくは、－５度から＋５度の範囲内であればよい。

１００複合アンテナ装置、１０２給電線、１０４給電口、１０６本体部、１０８外部カバー、１１０アンテナユニット、１１２ブラケット、１１６ネジ、１２０ＡＴＥＬエレメント、１２０ＢＴＥＬエレメント、１３０パッチアンテナ、１３２Ａ第１側面放射板、１３２Ｂ第１側面放射板、１３４Ａ中間側面放射板、１３４Ｂ中間側面放射板、１３６Ａ第２側面放射板、１３６Ｂ第２側面放射板、１３８Ａ上面放射板、１３８Ｂ上面放射板、１４０Ａ給電端、１４０Ｂ給電端、１５０スペーサ部材、１５２平面基体、１５４ＰＣＢ、１６０第１辺、１６２第２辺、１６４第３辺、１６６第４辺、１７０ＧＮＳＳエレメント、１７２ホルダ、１７４ＰＣＢ、１７６シールドケース、１７８パッド

Claims

四角形状の平面基体と、
前記平面基体の中央に設置されるパッチアンテナと、
前記パッチアンテナが動作する周波数帯とは異なる周波数帯において動作する第１アンテナと、
前記第１アンテナが動作する周波数帯と実質同一の周波数帯において動作する第２アンテナと、を備え、
前記第１アンテナは、前記平面基体の第１辺に沿って延伸し、前記第１辺の端部で屈曲し、前記第１辺に隣接する第２辺に沿って延伸する放射板を有し、
前記第２アンテナは、前記第１辺に対向する第３辺に沿って延伸し、前記第３辺の端部で屈曲し、前記第２辺に対向する第４辺に沿って延伸する放射板を有し、かつ、
前記第１アンテナの給電点は前記第１辺に設定され、前記第２アンテナの給電点は前記第３辺に設定されることを特徴とする複合アンテナ装置。
前記第１アンテナの有する放射板は、前記第１辺および前記第２辺において前記平面基体に対して略垂直となるように設置され、かつ、
前記第２アンテナの有する放射板は、前記第３辺および前記第４辺において前記平面基体に対して略垂直となるように設置されることを特徴とする請求項１に記載の複合アンテナ装置。
前記第１アンテナは、更に、前記第２辺において前記平面基体に対して略平行となる放射板を有し、かつ、
前記第２アンテナは、更に、前記第４辺において前記平面基体に対して略平行となる放射板を有することを特徴とする請求項２に記載の複合アンテナ装置。
前記第１アンテナの前記第２辺における放射板の一部を、前記第４辺に向けてオーバーハングさせ、
前記第２アンテナの前記第４辺における放射板の一部を、前記第２辺に向けてオーバーハングさせることを特徴とする請求項３に記載の複合アンテナ装置。
四角形状の平面基体と、
前記平面基体の中央に設置されるパッチアンテナと、
前記パッチアンテナが動作する周波数帯とは異なる周波数帯において動作する第１アンテナと、
前記第１アンテナが動作する周波数帯と実質同一の周波数帯において動作する第２アンテナと、を備え、
前記第１アンテナは、前記平面基体の第１辺に沿って延伸し、前記第１辺の端部で屈曲し、前記第１辺に隣接する第２辺に沿って延伸する放射板を有し、
前記第２アンテナは、前記第１辺に対向する第３辺に沿って延伸し、前記第３辺の端部で屈曲し、前記第２辺に対向する第４辺に沿って延伸する放射板を有し、
前記第１アンテナの有する放射板は、前記第１辺および前記第２辺において前記平面基体に対して略垂直となるように設置され、
前記第２アンテナの有する放射板は、前記第３辺および前記第４辺において前記平面基体に対して略垂直となるように設置され、
前記第１アンテナの前記第２辺における放射板の一部は、少なくともその一部が前記パッチアンテナの放射素子の上部に位置するまでオーバーハングし、
前記第２アンテナの前記第４辺における放射板の一部は、少なくともその一部が前記パッチアンテナの放射素子の上部に位置するまでオーバーハングすることを特徴とする複合アンテナ装置。
四角形状の平面基体と、
前記平面基体の中央に設置されるパッチアンテナと、
前記パッチアンテナが動作する周波数帯とは異なる周波数帯において動作する第１アンテナと、
前記第１アンテナが動作する周波数帯と実質同一の周波数帯において動作する第２アンテナと、を備え、
前記第１アンテナは、前記平面基体の第１辺に沿って延伸し、前記第１辺の端部で屈曲し、前記第１辺に隣接する第２辺に沿って延伸する放射板を有し、
前記第２アンテナは、前記第１辺に対向する第３辺に沿って延伸し、前記第３辺の端部で屈曲し、前記第２辺に対向する第４辺に沿って延伸する放射板を有し、
前記第１アンテナの有する放射板は、前記第１辺および前記第２辺において前記平面基体に対して略垂直となるように設置され、
前記第２アンテナの有する放射板は、前記第３辺および前記第４辺において前記平面基体に対して略垂直となるように設置され、
前記第１アンテナは、更に、前記第２辺において前記平面基体に対して略平行となる放射板を有し、
前記第２アンテナは、更に、前記第４辺において前記平面基体に対して略平行となる放射板を有し、
前記第１アンテナの前記第２辺において前記平面基体と略平行となる放射板の幅は、少なくとも、前記パッチアンテナが動作する中心波長の０．０３倍以上であり、かつ、
前記第２アンテナの前記第４辺における前記平面基体と略平行となる放射板の幅は、少なくとも、前記パッチアンテナが動作する中心波長の０．０３倍以上であることを特徴とする複合アンテナ装置。
四角形状の平面基体と、
前記平面基体の中央に設置されるパッチアンテナと、
前記パッチアンテナが動作する周波数帯とは異なる周波数帯において動作する第１アンテナと、
前記第１アンテナが動作する周波数帯と実質同一の周波数帯において動作する第２アンテナと、を備え、
前記第１アンテナは、前記平面基体の第１辺に沿って延伸し、前記第１辺の端部で屈曲し、前記第１辺に隣接する第２辺に沿って延伸する放射板を有し、
前記第２アンテナは、前記第１辺に対向する第３辺に沿って延伸し、前記第３辺の端部で屈曲し、前記第２辺に対向する第４辺に沿って延伸する放射板を有し、
前記第１アンテナの有する放射板は、前記第１辺および前記第２辺において前記平面基体に対して略垂直となるように設置され、
前記第２アンテナの有する放射板は、前記第３辺および前記第４辺において前記平面基体に対して略垂直となるように設置され、
前記第１アンテナは、更に、前記第２辺において前記平面基体に対して略平行となる放射板を有し、
前記第２アンテナは、更に、前記第４辺において前記平面基体に対して略平行となる放射板を有し、
前記第１アンテナの前記第２辺において前記平面基体に略平行となる放射板の幅は、少なくとも、前記パッチアンテナが動作する中心波長の０．１１６倍以下であり、かつ、
前記第２アンテナの前記第４辺における前記平面基体と略平行となる放射板の幅は、少なくとも、前記パッチアンテナが動作する中心波長の０．１１６倍以下であることを特徴とする複合アンテナ装置。
四角形状の平面基体と、
前記平面基体の中央に設置されるパッチアンテナと、
前記パッチアンテナが動作する周波数帯とは異なる周波数帯において動作する第１アンテナと、
前記第１アンテナが動作する周波数帯と実質同一の周波数帯において動作する第２アンテナと、を備え、
前記第１アンテナは、前記平面基体の第１辺に沿って延伸し、前記第１辺の端部で屈曲し、前記第１辺に隣接する第２辺に沿って延伸する放射板を有し、
前記第２アンテナは、前記第１辺に対向する第３辺に沿って延伸し、前記第３辺の端部で屈曲し、前記第２辺に対向する第４辺に沿って延伸する放射板を有し、
前記第１アンテナの給電点は前記第１辺における第１地点に設定され、
前記第２アンテナの給電点は前記第３辺における第２地点に設定され、かつ、
前記第１地点および前記第２地点を結ぶ直線は、前記第２辺と平行であることを特徴とする複合アンテナ装置。