JP7264861B2

JP7264861B2 - 薄型アンテナ

Info

Publication number: JP7264861B2
Application number: JP2020187827A
Authority: JP
Inventors: 和彦土屋
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2020-11-11
Filing date: 2020-11-11
Publication date: 2023-04-25
Anticipated expiration: 2040-11-11
Also published as: EP4002584B1; JP2022077140A; EP4002584A1; US20220149514A1; CN114552178A; US11784400B2

Description

本発明は、垂直偏波の送受信を可能にする薄型アンテナに関する。

この種の薄型アンテナとして、特許文献１に開示されたものがある。この特許文献１に開示のアンテナ装置は、低背化された逆Ｌ型アンテナであり、給電点が設けられた基材と、この基材に立設されたアンテナエレメントと、給電点とアンテナエレメントとの間に設けられ、インピーダンスマッチングを取る整合回路と、を備えている。そして、このアンテナ装置は、水平面（ＸＹ面）／垂直偏波（Ｖ偏波）において、凹みが少ない丸い指向性の放射パターン（特許文献１の図７）となり、利得は、Ａｖｅ＝－１３．３９ｄＢｉとなっている。

特開２００９－１７２５０号公報

しかしながら、前記従来の低背化されたアンテナ装置は、著しく放射特性が劣化してしまっていることが分かる。

本発明は、このような従来技術が有する課題に鑑みてなされたものである。そして本発明の目的は、低背であり、かつ、水平面垂直偏波において放射特性の良い車載用アンテナとして用いて好適な薄型アンテナを提供することにある。

本発明の態様に係る薄型アンテナは、柱状に形成されたアンテナエレメントと、絶縁性のスペーサと、前記アンテナエレメントの上下面よりも大きく形成されたグランドプレーンと、を備え、前記アンテナエレメントは、上下面に前記スペーサを介して前記グランドプレーンが対向するように配置され、かつ、前記アンテナエレメントの上下面の何れか一方から給電されるものである。

本発明によれば、低背であり、かつ、水平面垂直偏波において放射特性の良い車載用アンテナとして用いて好適な薄型アンテナを提供することができる。

本発明の実施形態に係る薄型アンテナの一例を示す斜視図である。上記薄型アンテナの給電点周辺の部分を断面で示す拡大側面図である。上記薄型アンテナの分解斜視図である。上記薄型アンテナでの水平面垂直偏波における平均利得の解析値を表すグラフである。上記薄型アンテナの放射パターンを示すグラフである。上記薄型アンテナの下側のグランドプレーンを上側のグランドプレーンよりも大きくした場合の放射パターンを示すグラフである。上記薄型アンテナの上側のグランドプレーンを下側のグランドプレーンよりも大きくした場合の放射パターンを示すグラフである。

以下、図面を用いて本発明の実施形態に係る薄型アンテナについて詳細に説明する。

図１は本発明の実施形態に係る薄型アンテナの一例を示す斜視図である。図２は薄型アンテナの給電点周辺の部分を断面で示す拡大側面図である。図３は薄型アンテナの分解斜視図である。図４は薄型アンテナでの水平面垂直偏波における平均利得の解析値を表すグラフである。図５は薄型アンテナの放射パターンを示すグラフである。

図１、図２に示すように、薄型アンテナ１０は、アンテナエレメント１１と、上下一対の絶縁性のスペーサ１２，１３と、アンテナエレメント１１の上下面１１ａ，１１ｂよりも大きく形成された上下一対のグランドプレーン１４，１５と、を備えている。

図３に示すように、アンテナエレメント１１は、中実の円柱状に形成されており、導電性材料、例えば銅又は鉄等の金属製である。そして、アンテナエレメント１１は、その上下面１１ａ，１１ｂに上下一対のスペーサ１２，１３を介して上下一対のグランドプレーン１４，１５が対向するように配置されている。すなわち、アンテナエレメント１１は、上側のグランドプレーン１４と下側のグランドプレーン１５に上側のスペーサ１２と下側のスペーサ１３を介して上下で挟まれた形状となっている。

また、図２に示すように、アンテナエレメント１１の下面１１ｂには、後述する給電ケーブル１７に接続される給電点１６が設けられていて、アンテナエレメント１１の下面（下部）１１ｂにて給電がされるようになっている。さらに、アンテナエレメント１１は、使用されるアンテナ周波数（電磁波）の波長をλとするとき、λ／４以下の高さ（Ｚ方向）Ｈに形成されている。すなわち、薄型アンテナ１０のアンテナ形状では、高さＨが１１ｍｍ程度と低背に形成されている。この高さＨは、下側のグランドプレーン１５の板厚は含まない寸法である。また、本実施形態のアンテナエレメント１１の形状／寸法と各グランドプレーン１４，１５の形状／寸法と各スペーサ１２，１３の形状／寸法は、薄型アンテナ１０を０．８１５～０．８７５ＧＨｚ帯に対応させた場合の形状／寸法となっている。なお、所望の周波数に応じてアンテナエレメント１１とグランドプレーン１４，１５とスペーサ１２，１３の形状／寸法は、適宜変更される。

図２に示すように、給電ケーブル１７は、同軸ケーブルであり、その芯線１７ａがアンテナエレメント１１の下面１１ｂに接続され（給電点１６）、同軸ケーブルを構成する編組１８が下側のグランドプレーン１５の下面１５ｂに接続されている。なお、給電ケーブル１７の絶縁被覆１７ｂの先端は、下側のグランドプレーン１５の挿入孔１５ｃに挿入されている。

図２に示すように、上下一対のスペーサ１２，１３は、外径φ２０ｍｍ、内径φ１０ｍｍの円環状の薄型板状に形成されており、絶縁性材料、例えば合成樹脂等の樹脂製である。そして、上側のスペーサ１２は、上側のグランドプレーン１４の下面１４ｂに、下側のスペーサ１３は、下側のグランドプレーン１５の上面１５ａに、所定手段によりそれぞれ貼り付けられている。本実施形態では、上下に設けられるスペーサ１２，１３は、円環状に形成しているが、給電点１６を有していない面については、円環状でなくともよく、円盤状でもよい。また、上下一対のスペーサ１２，１３は、グランドプレーン１４，１５よりも小さければよく、アンテナエレメント１１より大きくともよい。より好ましくは、スペーサ１２，１３は、アンテナエレメント１１よりも小さく形成されている。

図１、図２に示すように、上下一対のグランドプレーン１４，１５は、一辺の長さＬが２００ｍｍの正方形の薄型板状に形成されており、導電性材料、例えば銅又は鉄等の金属製である。そして、接地面（グランド面）としての下側のグランドプレーン１５は、薄型アンテナ１０が車両ルーフ等の車両（図示省略）に取り付けられる際に、金属製のボデー又はルーフに接地するように取り付けられる。

以上実施形態の薄型アンテナ１０によれば、図２に示すように、アンテナエレメント１１の高さＨは、上側のグランドプレーン１４等によりλ／４よりも短縮され、アンテナエレメント１１の径は所望帯域幅に応じて決定する。すなわち、本実施形態のアンテナ形状は、高さＨが１１ｍｍ程度と低背である。

また、図４の薄型アンテナ１０での水平面（ＸＹ面）／垂直偏波（Ｖ偏波）における平均利得の解析値に示すように、利得もＡｖｅ＝－３ｄＢｉ以上となり、良好な放射特性が得られている。

さらに、上側のグランドプレーン１４と下側のグランドプレーン１５を同じ大きさに形成したことで、図５に示すように、上下側共に同形状の放射パターン（放射特性）が得られ、水平面での良好な通信が可能となる。

このように、薄型アンテナ１０の高さＨを低背化しつつ、水平面／垂直偏波での放射特性を良好とすることができる。また、薄型アンテナ１０を低背化することで、限られたスペースでの設置が可能となる。さらに、水平面での良好な通信（送受信）が可能となる。よって、低背化された薄型アンテナ１０は、車載用アンテナとして用いて好適なものとなる。

また、本実施形態では、上側のグランドプレーン１４と下側のグランドプレーン１５を同じ大きさに形成したが、下側のグランドプレーン１５を上側のグランドプレーン１４よりも大きく形成、例えば、下側のグランドプレーン１５を一辺の長さＬが６００ｍｍの正方形に形成してもよい。この場合、図６に示すように、上方へ強く放射される放射パターン（放射特性）が得られる。さらに、下側のグランドプレーン１５を上側のグランドプレーン１４よりも大きく形成する場合、車両のルーフをグランドプレーンとして兼用することができる。この場合、給電点１６は、アンテナエレメント１１の下面１１ｂに設ける。

さらに、本実施形態では、上側のグランドプレーン１４と下側のグランドプレーン１５を同じ大きさに形成したが、上側のグランドプレーン１４を下側のグランドプレーン１５よりも大きく形成、例えば、上側のグランドプレーン１４を一辺の長さＬが６００ｍｍの正方形に形成してもよい。この場合、図７に示すように、下方へ強く放射される放射パターン（放射特性）が得られる。この場合、給電点１６は、アンテナエレメント１１の上面１１ａに設ける。

給電点１６は、グランドプレーンの形状が大きい方に設けることが好ましい。グランドプレーンの形状が小さい方の方向に強く放射されるため、グランドプレーンの形状が大きい方に設けることで放射面側が給電ケーブル１７等の影響を受けずに済む。

以上、本実施形態を説明したが、本実施形態はこれらに限定されるものではなく、本実施形態の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。

すなわち、前記実施形態によれば、アンテナエレメントを導電性の金属製で中実の円柱状に形成したが、アンテナエレメントを導電性の金属製で角柱状（直方体状）等に形成してもよい。また、アンテナエレメントは上下面が閉塞されていればよく、中空の円柱状でもよい。

また、前記実施形態によれば、グランドプレーンは、アンテナエレメントの上下面よりも大きく形成された正方形の薄型板状に形成したが、アンテナエレメントの上下面よりも大きく形成された円形（丸形）や多角形の薄型板状に形成してもよい。また、樹脂ルーフの場合、グランドプレーンの上下面の何れか一方が車両のボデーで構成されていても良い。さらに、金属製のルーフの場合は、グランドプレーンの上下面の何れか一方が車両のルーフで構成されていても良い。

さらに、前記実施形態によれば、スペーサを円環状に形成したが、スペーサを多角形状に形成してもよい。

１０薄型アンテナ
１１アンテナエレメント
１１ａ上面
１１ｂ下面
１２，１３スペーサ
１４，１５上下一対のグランドプレーン
１４上側のグランドプレーン
１５下側のグランドプレーン

Claims

柱状に形成されたアンテナエレメントと、
絶縁性のスペーサと、
前記アンテナエレメントの上下面よりも大きく形成されたグランドプレーンと、
を備え、
前記アンテナエレメントは、上下面に前記スペーサを介して前記グランドプレーンが対向するように配置され、かつ、前記アンテナエレメントの上下面の何れか一方から給電され、
前記スペーサは、前記アンテナエレメントの上下面に接触している薄型アンテナ。
前記アンテナエレメントは、導電性の金属製で円柱状に形成され、
前記アンテナエレメントの上下面に対向するように配置された上側のグランドプレーンと下側のグランドプレーンは、ともに同じ大きさに形成されている、請求項１に記載の薄型アンテナ。
前記上側のグランドプレーンと前記下側のグランドプレーンは、何れか一方が他方よりも大きく形成されている、請求項１に記載の薄型アンテナ。
前記上側のグランドプレーンと前記下側のグランドプレーンは、どちらか一方が車両のボデーで形成されている、請求項３に記載の薄型アンテナ。
前記スペーサは、前記グランドプレーンの上下面よりも小さく形成されている、請求項１に記載の薄型アンテナ。