JP7401254B2 - アンテナ装置 - Google Patents
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Description
特許文献1には、パッチアンテナのグランドを狭くすることで、指向性を広げる技術が記載されている。
本開示の一態様では、複数の直線偏波アンテナの少なくとも一つは、指定方向と偏波方向とが一致するように設定されてもよい。
本開示の一態様では、第1アンテナの偏波面に対して第2アンテナの偏波面がなす角度の絶対値は、指定方向に対して直交する方向の直線偏波に要求される特性を満たす範囲で最大となるように設定されてもよい。第1アンテナは、偏波方向が指定方向と一致する直線偏波アンテナであり、第2アンテナは、偏波方向が指定方向と不一致となる直線偏波アンテナである。
このような構成によれば、合成部にて同相合成する場合と比較して、良好なVSWR(電圧定在波比)が得られ、インピーダンスが整合する周波数範囲が広くなるため、インピーダンスを整合させるための調整作業を容易にできる。
このような構成によれば、アンテナ装置の正面方向の利得が下がることで指向性をより広げることができる。
このような構成によれば、減衰器での減衰量を調整することで指向性をより広げることができる。
このような構成によれば、直線偏波アンテナとして1点給電されるアンテナを使用する場合と比較して、良好なVSWRが得られるため、インピーダンスを整合させるための調整作業をより容易にできる。
[1.第1実施形態]
[1.構成]
本実施形態のアンテナ装置1は、例えば車両等の移動体に取り付けられ、路面に設置されたRFタグからの識別情報の読み取りに利用される。ここでは、アンテナ装置1は、車両において路面と対向する車体の下面に取り付けられる。
誘電体基板10は、第1面に相当する基板面である基板裏面10bの全面に、グランドとなる導電体パターン(即ち、グランドパターン)31が形成される。また、誘電体基板10は、第2面に相当する基板面である基板表面10aに、放射器となるパッチアンテナ等を構成する導電体パターンが形成される。これにより、誘電体基板10は、基板表面10aから電波を放射可能な平面アンテナとして機能する。なお基板裏面10bが第1面に相当し、基板表面10aが第2面に相当する。
水平偏波アンテナ21は、第1パッチ部211と第1給電部212とを備える。垂直偏波アンテナ22は、第2パッチ部221と第2給電部222とを備える。
第1パッチ部211および第2パッチ部221は、誘電体基板10の垂直方向にて、略正方形の2つの対角線が誘電体基板10の垂直方向および水平方向に沿うように配置される。つまり、第1パッチ部211および第2パッチ部221は、水平方向に沿って配列される。従って、ここでは、水平方向が指定方向に相当する。
第1給電部212は、第1パッチ部211の略正方形の辺のうち、図1中の左側に位置する二つの辺の各中央を給電点として、同相かつ同じ強度で給電を行う。これにより、第1パッチ部211および第1給電部212は、水平偏波アンテナ21として機能する。水平偏波アンテナ21が第1アンテナに相当する。
但し、第2パッチ部221の二つの給電点での給電強度が異なるため、その強度差に応じた分だけ直線偏波の偏波面は、図1中の上下方向、すなわち垂直方向から傾いたものとなる。本実施形態では、具体的には、第2パッチ部221の2つの給電点のうち、図1中で上側の給電点より下側の給電点の方が、給電位相が180°遅れ、かつ給電強度が弱くなるように設定されている。また、第2給電部222における各給電点への給電強度比は、アンテナ装置1に要求される垂直偏波に対する指向性を満たす範囲で、垂直偏波の傾きが最大となるように設定される。なお、水平偏波アンテナ21の偏波面に対して垂直偏波アンテナ22の偏波面がなす角度θは、-90°≦θ<0°、または0°<θ≦90°の範囲で設定される。
接続部24は、合成部23から延設され、先端部が第1パッチ部211と第2パッチ部221との間に位置する線状のパターンであり、その先端部が、グランドパターン28と隙間を開けて配置される。
図2は、アンテナ装置1の特性をシミュレーションによって算出した結果を示すグラフである。
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
(1a)アンテナ装置1では、指向性を広げたい方向に沿って水平偏波アンテナ21と垂直偏波アンテナ22とが配列され、かつ、水平偏波アンテナ21の偏波面の方向と配列方向が一致するように設定される。更に、両偏波アンテナ21,22からの受信信号が90°の位相差で合成され、しかも、垂直偏波アンテナ22の偏波面は、垂直方向に対して傾斜するように設定される。
(1b)アンテナ装置1では、合成部23での信号合成時の位相差が90°に設定されているため、位相差が0°(すなわち、同相合成)の場合と比較して、広いVSWRを得ることができる。また、アンテナ装置1では、2つの直線偏波アンテナ21,22が、2点給電されるアンテナによって構成されているため、1点給電されるアンテナを使用する場合と比較して、広いVSWRを得ることができる。その結果、アンテナ装置1によれば、インピーダンス整合をとることができる周波数範囲が広く、インピーダンスを整合させる調整作業を容易に行うことができる。
[2-1.第1実施形態との相違点]
第2実施形態は、基本的な構成は第1実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第1実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
[2-2.測定]
図6は、アンテナ装置1aの特性をシミュレーションによって算出した結果を示すグラフである。
以上詳述した第2実施形態によれば、以下の効果を奏する。
(2a)アンテナ装置1aでは、指向性を広げたい方向に沿って水平偏波アンテナ21と垂直偏波アンテナ22とが配列され、かつ、水平偏波アンテナ21の偏波面の方向と配列方向が一致するように設定されている。更に、両偏波アンテナ21,22からの受信信号が、垂直偏波アンテナ22からの受信信号を減衰させた上で、同相(すなわち、位相差0°)で合成され、しかも、垂直偏波アンテナ22の偏波面は、垂直方向に対して傾斜するように設定される。
(2b)アンテナ装置1aでは、水平偏波成分に対する指向性が、正面方向でゲインがピークとなるのではなく、正面方向のゲインが凹んだ形状を有する。つまり、車体の下面に取り付けられた場合、道路面に最も近い正面方向でのゲインが抑制され、広い角度範囲に渡って略均一な特性でRFタグの読み取りを行うことができる。
[3-1.第1実施形態との相違点]
第3実施形態は、基本的な構成は第1実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第1実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
更に、基板裏面10bには、図10に示すように、露出部12のそれぞれに、露出部12を覆う金属製のシールドケース13が取り付けられている。シールドケース13は、周壁部131と、底壁部132とを備える。周壁部131は、露出部12の周囲に立設する枠状の部位である。底壁部132は、周壁部131が形成する枠状部位の一方の開口を塞ぐように形成された板状の部位である。シールドケース13は、露出部12と底壁部132とが、周壁部131の高さ分の空気層を介して対向し、かつ、周壁部131の少なくとも一部がグランドパターン31bと導通した状態に固定される。
以上詳述した第3実施形態によれば、第1実施形態の効果(1a)(1b)に加えて、以下の効果を奏する。
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内にて種々の態様をとることができる。
(4c)上記実施形態では、指向性が、水平偏波の偏波面に沿った方向に拡張されているが、垂直偏波の偏波面に沿った方向に拡張してもよい。また、指向性は、水平偏波および垂直偏波の両偏波面に沿った方向に2次元的に拡張されてもよい。
Claims (7)
- 第1面にグランドパターンが形成された誘電体基板の第2面に形成され、それぞれが直線偏波アンテナとして機能する複数の導体パターンを有するアンテナ部と、
前記複数の直線偏波アンテナにて受信される受信信号を合成する合成部と、
を備え、
前記複数の直線偏波アンテナのうち二つは、いずれもが、2点給電され、かつ、二つの給電点が同相給電されたときに、偏波方向が一致するように構成され、
前記2点給電される直線偏波アンテナの一つに対して、同相かつ同じ強度で、前記二つの給電点への給電を行う第1給電部と、
前記2点給電される直線偏波アンテナの他の一つに対して、180°の位相差かつ異なる強度で、前記二つの給電点への給電を行う第2給電部と、
を更に備え、
前記複数の直線偏波アンテナは、任意の二つの直線偏波の偏波面がなす角度がいずれも0°または180°以外となるように設定され、
当該アンテナ装置の指向性を広げたい方向を指定方向として、前記2点給電される2つの直線偏波アンテナは、前記指定方向に沿って配列され、
前記第1給電部により給電される前記直線偏波アンテナの偏波方向が、前記指定方向と一致するように設定された
アンテナ装置。 - 請求項1に記載のアンテナ装置であって、
前記偏波方向が前記指定方向と一致する前記直線偏波アンテナを第1アンテナとし、前記偏波方向が前記指定方向と不一致となる前記直線偏波アンテナを第2アンテナとして、
前記第1アンテナの前記偏波面に対して前記第2アンテナの前記偏波面がなす角度の絶対値は、前記指定方向に対して直交する方向の直線偏波に要求される特性を満たす範囲で最大となるように設定された
アンテナ装置。 - 請求項2に記載のアンテナ装置であって、
前記合成部は、前記第1アンテナからの受信信号と前記第2アンテナからの受信信号とを、90°の位相差をつけて合成するように構成された
アンテナ装置。 - 請求項2に記載のアンテナ装置であって、
前記合成部は、前記第1アンテナからの受信信号と前記第2アンテナからの受信信号とを、同相合成するように構成された
アンテナ装置。 - 請求項4に記載のアンテナ装置であって、
前記合成部と、前記第2アンテナとを接続する伝送路にて伝送される信号を減衰させる減衰器を更に備えた
アンテナ装置。 - 請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載のアンテナ装置であって、
前記誘電体基板の第1面には、前記第2面に形成された前記導体パターンと対向する部位に、前記グランドパターンを除去した露出部が形成され、
前記露出部に対して空気層を挟んで対向配置され、且つ前記グランドパターンと導通するシールドケースを更に備える
アンテナ装置。 - 請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載のアンテナ装置であって、
当該アンテナ装置は、道路を走行する移動体であり、
当該アンテナ装置は、前記アンテナ部の前記第2面を路面に向けた状態で、前記移動体の下面に取り付けられ、前記道路の路面に設置されたRFタグの情報を読み取るように構成された、
アンテナ装置。
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