JP7403298B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、アンテナ装置に関する。

従来、小型化が可能で安価に製造可能な車載アンテナ装置が知られる（例えば特許文献１参照）。特許文献１に開示されるアンテナ装置は、主エレメント部と、補助エレメント部とを備える。主エレメント部は、回路基板と略同一平面上に配置され、第１周波数帯に対応する容量アンテナとしても機能し、ベタパターンと略等価なアンテナ容量を有する屈曲パターンを含む略平面状のものである。補助エレメント部は、主エレメント部に対して第２周波数帯に対応するアンテナ長となるようにアンテナ長の不足分を補うために、主エレメント部とアンプ回路との間に直列に接続されると共に回路基板上に設けられる、主エレメント部よりもアンテナ容量が小さい分布定数素子部を含む。

なお、特許文献１の構成において、第１周波数帯は例えばラジオのＡＭ帯であり、第２周波数帯はラジオのＦＭ帯である。

特開２０１６－１２９１５号公報

ところで、例えば車載アンテナにおいては、小型なアンテナを安価に作れるので、モノポール方式のアンテナが使用されることが多い。しかし、モノポールアンテナの小型化を単純に進めると、アンテナによってカバーすることができる周波数範囲が狭くなるといった問題が生じる。例えば、モノポールアンテナの小型化を単純に進めると、ＦＭ帯等の特定の周波数帯の全域において良好な受信感度を確保することが難しくなるといった問題が生じる。

本発明は、上記の課題に鑑み、アンテナ素子の小型化を図りつつ、広帯域で良好な受信感度を確保することができるアンテナ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明のアンテナ装置は、グランド導体と、前記グランド導体に接続される給電点を共用する第１アンテナ素子および第２アンテナ素子と、を備え、前記第１アンテナ素子は、べた形状の第１部分と、前記第１部分と繋がるメアンダ形状の第２部分と、を有し、前記第２アンテナ素子は、メアンダ形状である構成（第１の構成）になっている。

また、上記第１の構成のアンテナ装置において、前記第１部分の少なくとも一部と、前記第２アンテナ素子とは、前記第１部分が広がる平面に直交する方向からの平面視において、並列配置され、前記第２部分と前記第２アンテナ素子とは、前記方向に互いに間隔をあけて重なる構成（第２の構成）であることが好ましい。

また、上記第２の構成のアンテナ装置は、前記第１アンテナ素子および前記第２アンテナ素子を支持する支持板を更に備え、前記第１部分と前記第２アンテナ素子とは前記支持板の第１面上に配置され、前記第２部分は、前記支持板の前記第１面の反対側となる第２面上に配置される構成（第３の構成）であることが好ましい。

また、上記第２又は第３の構成のアンテナ装置において、前記第２部分と前記第２アンテナ素子とは、前記方向からの平面視において、メアンダ形状における折り返し位置が互いにずれている構成（第４の構成）であることが好ましい。

また、上記第１から第４のいずれかの構成のアンテナ装置において、前記給電点と前記第１アンテナ素子との間に配置されるコイルと、前記給電点と前記第２アンテナ素子との間に配置されるコイルとのうち、少なくとも一方のコイルを更に備える構成（第５の構成）であることが好ましい。

本発明のアンテナ装置によれば、アンテナ素子の小型化を図りつつ、広帯域で良好な受信感度を確保することができる。

アンテナ装置の構成を示す概略図 アンテナ装置が備える支持板の概略平面図 図２に示す支持板を裏面側から見た概略平面図 アンテナ装置の周波数特性を示すグラフ アンテナ装置の変形例の構成を示す概略図 変形例のアンテナ装置の構成を更に詳細に説明するための図

以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

＜１．アンテナ装置の概要＞
図１は、本発明の実施形態に係るアンテナ装置１の構成を示す概略図である。本実施形態において、アンテナ装置１は、車両に搭載される。ただし、アンテナ装置１は、車両以外のものに搭載されてもよい。例えば、アンテナ装置１は、車両以外の移動体に搭載されてもよい。

アンテナ装置１は、ＦＭラジオ放送帯（７６～１０８ＭＨｚ）の電波を受信する。ただし、アンテナ装置１は、他の放送波を受信する構成であってもよい。アンテナ装置１は、例えば、ＤＡＢ（Digital Audio Broadcast）放送波を受信する構成や、ＴＶ放送波を受信する構成等であってもよい。

図１に示すように、アンテナ装置１は、グランド導体１１と、第１アンテナ素子１２と、第２アンテナ素子１３とを備える。グランド導体１１は、十分な大きさを確保することができることが好ましい。グランド導体１１は、例えば車両が有する金属製のボディ又はドア等を含んで構成されてよい。

第１アンテナ素子１２は、グランド導体１１に接続される給電点１４に接続される。第２アンテナ素子１３も、グランド導体１１に接続される給電点１４に接続される。すなわち、第１アンテナ素子１２と第２アンテナ素子１３とは、グランド導体１１に接続される給電点１４を共用する。より詳細には、第１アンテナ素子１２と第２アンテナ素子１３とは、１つの給電点１４を共用する。

なお、本実施形態においては、給電点１４の受信信号が、車両に搭載される不図示の受信機（本例ではＦＭ受信機）に伝送される。給電点１４は、アンテナ素子１２、１３によって受信された放送波信号を回路に取り出す箇所が該当する。給電点１４は、例えば、受信機に接続される同軸ケーブル（不図示）の内部導体をアンテナ素子１２、１３に接続する箇所等であってよい。

第１アンテナ素子１２は、グランド導体１１とともにモノポールアンテナを構成する。また、第２アンテナ素子１３も、グランド導体１１とともにモノポールアンテナを構成する。すなわち、アンテナ装置１は、１つの給電点１４を共用する２つのモノポールアンテナを備える。

本実施形態のアンテナ装置１においては、第１アンテナ素子１２によって構成されるモノポールアンテナと、第２アンテナ素子１３によって構成されるモノポールアンテナとが互いに異なる周波数帯で共振を行う。このために、アンテナ装置１によって対応できる周波数範囲を広げることができる。

＜２．第１アンテナ素子および第２アンテナ素子の詳細＞
図２は、本発明の実施形態に係るアンテナ装置１が備える支持板２０の概略平面図である。図３は、図２に示す支持板２０を裏面側から見た概略平面図である。図２および図３を用いたアンテナ装置１の説明において、図の左右方向をＸ方向、上下方向をＹ方向、Ｘ方向およびＹ方向に直交する方向をＺ方向として説明を行う。

図２および図３に示すように、本実施形態では、第１アンテナ素子１２および第２アンテナ素子１３は、支持板２０に支持される。換言すると、アンテナ装置１は、第１アンテナ素子１２および第２アンテナ素子１３を支持する支持板２０を備える。支持板２０は、Ｚ方向からの平面視においてＸ方向に延びる矩形状である。ただし、支持板２０の形状は適宜変更されてよい。

支持板２０は、単にアンテナ素子１２、１３を支持するためにのみ設けられた、非導電性材料（例えば合成樹脂）で構成された板状体であってもよい。ただし、本実施形態では、支持板２０は、好ましい形態として、非導電性材料を用いて構成される板状又はフィルム状の回路基板である。回路基板として構成される支持板２０上には、アンテナ素子１２、１３の他にアンプ回路が設けられてもよい。当該アンプ回路は、アンテナ素子１２、１３により受信された放送波信号を増幅して、受信機に接続される同軸ケーブルに出力する構成であってよい。ただし、アンプ回路は、アンテナ素子１２、１３の近くに、支持板２０と別体構成で設けられてもよい。

なお、第１アンテナ素子１２および第２アンテナ素子１３が、例えば金属板を加工して形成される場合等には、支持板２０は設けられなくてもよい。

アンテナ素子１２、１３を支持する支持板２０は、車両のなるべく高い位置に、金属物から離して配置されることが好ましい。支持板２０は、例えば、車両の樹脂製の、スポイラ、バックドア、ルーフ、トランク等に配置される。より詳細には、支持板２０は、スポイラ等に内蔵される。回路基板として構成される支持板２０は、例えば、金属製の車体（グランド導体１１を構成）に電気的に接続されるグランド締結用のブラケットに搭載される。これにより、第１アンテナ素子１２および第２アンテナ素子１３は、金属製の車体を含むグランド導体１１に電気的に接続される。

第１アンテナ素子１２は、第１部分１２１と第２部分１２２とを有する。第１部分１２１は、べた形状である。べた形状は、アンテナ素子を構成する導体が一面に広がっている形状を指す。図２において、第１部分１２１はＸ方向およびＹ方向に平行な平面上に広がる。第１部分１２１は、Ｘ方向を長手方向とするとともにＹ方向の幅が幅広に形成されており、受信する放送波の周波数帯域を広帯域化するのに有利な形状である。

詳細には、第１部分１２１は、Ｘ方向に延びる矩形状の主要部１２１１と、主要部１２１１のＸ方向の一端部（Ｘ１側の端部）からＹ方向の一方側（Ｙ１側）に突出する突出部１２１２と、を有するＬ字状である。ただし、第１部分１２１の形状は、Ｌ字状に限らず、その形状は適宜変更されてよい。例えば、第１部分１２１は、主要部１２１１と突出部１２１２とのうちの主要部１２１１のみを有する矩形状等であってもよい。本実施形態のように、第１部分１２１をＬ字状とすることにより、第１部分１２１のＹ方向の幅を部分的に広くして、第１部分１２１のＹ方向の幅をなるべく広くすることができる。

なお、サイズは特に限定されるものではないが、例えば、第１部分１２１のＸ方向（長手方向）の長さは、十センチメントールから数十センチメートルである。例えば、第１部分１２１のＹ方向（短手方向）の最大長さ（Ｘ１側の端部のＹ方向長さ）は、数センチメートルである。

本実施形態では、図２に示すように、第１部分１２１は、支持板２０の第１面２０ａ上に配置される。なお、第１面２０ａは、支持板２０のＺ方向に直交する２つの面のうちの一方の面である。第１部分１２１は、例えば、銅等の導電性物質からなる箔状体を第１面２０ａに形成した構成や、銀ペースト等の、導電性金属を含有するペーストを第１面２０ａにプリントした構成であってよい。

第２部分１２２は、第１部分１２１と繋がるメアンダ形状である。第２部分１２２は、第１部分１２１と異なる形状であり、第１部分１２１と電気的に繋がる。メアンダ形状とは、導体が例えばジグザグ状や波状等に折り返しを繰り返して蛇行した形状である。第２部分１２２は、インピーダンスを調整するために設けられている。詳細には、第２部分１２２は、第１アンテナ素子１２の共振周波数を狙いの周波数に近づけるために設けられている。

本実施形態では、図３に示すように、第２部分１２２は、支持板２０の第１面２０ａの反対側となる第２面２０ｂ上に配置される。なお、第２面２０ｂは、支持板２０のＺ方向に直交する２つの面のうちの他方の面である。第２部分１２２は、例えば、銅等の導電性物質からなる箔状体を第２面２０ｂに形成した構成や、銀ペースト等の、導電性金属を含有するペーストを第２面２０ｂにプリントした構成であってよい。

第２部分１２２は、詳細には、支持板２０に設けられるスルーホール２１によって第１部分１２１と電気的に接続される。スルーホール２１は、支持板２０をＺ方向に貫通し、内面に導体が配置されている。スルーホール２１は、第１部分１２１の主要部１２１１よりもＹ方向の一方側（Ｙ１側）に配置されている。このために、第２部分１２２は、スルーホール２１によって第１部分１２１の突出部１２１２と接続される。

第２部分１２２は、スルーホール２１からＸ方向の他方側（Ｘ２側）に延びる。このために、第２部分１２２は、Ｚ方向からの平面視において、第１部分１２１の主要部１２１１に対してＹ方向の一方側（Ｙ１側）にずれた位置に配置され、主要部１２１１と重ならない（図１も参照）。第２部分１２２は、第１部分１２１とＺ方向において重ならないために、第１部分１２１からの影響を受け難くすることができ、適切にインピーダンス調整を行うことができる。

本実施形態では、第２部分１２２は、Ｙ方向に延びる第１直線部１２２１と、Ｘ方向に間隔をあけて隣り合う２つの第１直線部１２２１を連結する第１連結部１２２２とを有する。第１連結部１２２２は、Ｘ方向に延びる直線状である。第１連結部１２２２は、Ｘ方向に並ぶ複数の第１直線部１２２１に対して、Ｙ方向の一方側（Ｙ１側）と、Ｙ方向の他方側（Ｙ２側）とに交互に設けられている。これにより、第２部分１２２は、何度も折り返して蛇行した形状となるメアンダ形状となっている。

なお、第２部分１２２の形状は、図３に示す形状に限定されない。例えば、第１直線部はＹ方向に対して傾いてよい。この場合において、Ｘ方向に並ぶ第１直線部は、Ｙ方向に対する傾きが交互に変化する構成であってよい。そして、この場合には、第１連結部は、２つの第１直線部の端部同士を繋ぐ点又は短線であってよい。これにより、第２部分１２２をジグザグ状のメアンダ形状とすることができる。

第２アンテナ素子１３は、メアンダ形状である。第２アンテナ素子１３をメアンダ形状とすることにより、アンテナ素子の長さを長くして第１アンテナ素子１２より低い周波数帯域で共振するアンテナ素子を得ることができる。すなわち、アンテナ装置１において、互いに異なる２つの周波数帯で共振を行わせて、対応可能な周波数範囲を広げることができる。

なお、第２アンテナ素子１３は、Ｚ方向において、第１アンテナ素子１２と高さ位置が同等とされることが好ましい。これにより、アンテナ装置１における複数のアンテナ素子で構成される部分のサイズを小さくすることができる。

本実施形態では、図２に示すように、第２アンテナ素子１３は、支持板２０の第１面２０ａ上に配置される。第２アンテナ素子１３は、例えば、銅等の導電性物質からなる箔状体を第１面２０ａに形成した構成や、銀ペースト等の、導電性金属を含有するペーストを第１面２０ａにプリントした構成であってよい。

第２アンテナ素子１３は、Ｙ方向に延びる第２直線部１３１と、Ｘ方向に間隔をあけて隣り合う２つの第２直線部１３１を連結する第２連結部１３２とを有する。第２連結部１３２は、Ｘ方向に延びる直線状である。第２連結部１３２は、Ｘ方向に並ぶ複数の第２直線部１３１に対して、Ｙ方向の一方側（Ｙ１側）と、Ｙ方向の他方側（Ｙ２側）とに交互に設けられている。これにより、第２アンテナ素子１３は、何度も折り返して蛇行した形状となるメアンダ形状となっている。

なお、第２アンテナ素子１３の形状は、図２に示す形状に限定されない。例えば、上述の第１アンテナ素子１２の第２部分１２２の変形例と同様に、第２アンテナ素子１３の形状がジグザグ状とされてよい。

本実施形態において、第１部分１２１の少なくとも一部と、第２アンテナ素子１３とは、第１部分１２１が広がる平面に直交する方向（Ｚ方向）からの平面視において、並列配置される（図２参照）。そして、第２部分１２２と第２アンテナ素子１３とは、Ｚ方向に互いに間隔をあけて重なる（図１も参照）。これにより、２つのアンテナ素子１２、１３で構成されるアンテナ素子部分のサイズが大きくなることを抑制して、アンテナ装置１の小型化を図ることができる。

なお、本実施形態では、詳細には、第１部分１２１を構成する主要部１２１１と第２アンテナ素子１３とが、Ｚ方向からの平面視において、Ｙ方向に並列配置される。また、本実施形態では、第１アンテナ素子１２と第２アンテナ素子１３とが占めるサイズを小型化する構成を、支持板２０を用いて実現しており、アンテナ装置１を効率良く製造しやすい。

また、本実施形態では、好ましい形態として、メアンダ形状に形成される第２部分１２２と第２アンテナ素子１３とは、Ｚ方向からの平面視において、メアンダ形状における折り返し位置が互いにずれている。詳細には、第１直線部１２２１と第２直線部１３１との位置が互いにずれている。そして、本実施形態では、より好ましい形態として、第１連結部１２２２と第２連結部１３２とのＹ方向の位置もずれている。これらの好ましい形態のうちの少なくとも一方を採用することにより、第２部分１２２と第２アンテナ素子１３とがＺ方向からの平面視において極力重ならない構成とすることができる。そして、この結果、第２部分１２２と第２アンテナ素子１３との容量結合を抑制することができる。

また、本実施形態では、好ましい形態として、アンテナ装置１は、給電点１４（図１参照）と第１アンテナ素子１２との間に配置されるコイル１５と、給電点１４と第２アンテナ素子１３との間に配置されるコイル１５とのうち、少なくとも一方のコイル１５を備える。ここで言うコイル１５は、インピーダンス調整用のコイルである。コイル１５によるインピーダンスの調整により、アンテナ素子１２、１３の小型化した場合であっても、狙いの周波数帯域での共振を可能にすることができる。

本実施形態では、詳細には、給電点１４と第１アンテナ素子１２との間に、第１マッチング用コイル１５ａと第２マッチング用コイル１５ｂとが配置される。また、給電点１４と第２アンテナ素子１３との間に、第１マッチング用コイル１５ａと第３マッチング用コイル１５ｃとが配置される。ただし、コイル１５の数および種類は、適宜変更されてよい。

＜３．アンテナ装置の作用＞
次に、本実施形態のアンテナ装置１の作用について、図４を参照しながら説明する。図４は、本発明の実施形態におけるアンテナ装置１の周波数特性を示すグラフである。図４において、横軸は周波数であり、縦軸は電圧定在波比（ＶＳＷＲ：Voltage Standing Wave Ratio）である。

図４において、破線は、従来のモノポールアンテナ方式で小型化を図った場合の特性である。従来の構成では、共振を行う周波数帯域が１つであり、アンテナの小型化に伴い良好な感度で受信することができる周波数帯が狭帯域化している。

一方、本実施形態の構成では、図４において実線で示すように、第１アンテナ素子１２によってＦＭ周波数帯の高域にて第１共振を得ることができるとともに、第２アンテナ素子１３によってＦＭ周波数帯の低域にて第２共振を得ることができる構成となっている。このために、本実施形態のアンテナ装置１では、装置の小型化を行った場合でもＦＭ周波数帯の広い帯域で、良好な感度で放送波の受信を行うことができる。

なお、本実施形態では、第１アンテナ素子１２が高域で共振を行い、第２アンテナ素子１３が低域で共振を行う構成としたが、これは例示である。アンテナ素子１２、１３の長さや使用するコイル１５の調整により、第２アンテナ素子１３が高域で共振を行い、第１アンテナ素子１２が低域で共振を行う構成としてもよい。

＜４．変形例＞
以上に示した実施形態では、アンテナ装置１が一種類の放送波（一例としてＦＭ放送波）にのみ対応する構成としたが、これは例示にすぎない。アンテナ装置は、複数種類の放送波に対応する構成であってもよい。

図５は、本発明の実施形態に係るアンテナ装置１の変形例の構成を示す概略図である。変形例のアンテナ装置１Ａは、複数の放送波に対応する。変形例のアンテナ装置１Ａにおいて、第１アンテナ素子１２および第２アンテナ素子１３に構成は、上述の実施形態と同様である。

ただし、変形例のアンテナ装置１においては、図５に示すように、ＦＭ放送波用の第１給電点１４だけでなく、ＤＡＢ放送波用の第２給電点１６が備えられる。第２給電点１６は、第１アンテナ素子１２において利用されるが、第２アンテナ素子１３においては利用されない。第１給電点１４の受信信号が、車両に搭載される不図示のＦＭ受信機に伝送される。第２給電点１６の受信信号が、車両に搭載される不図示のＤＡＢ受信機に伝送される。

第１アンテナ素子１２と第２給電点１６との間には、第４マッチングコイル１５ｄが配置される。第４マッチング用コイル１５ｄが配置されることにより、第１アンテナ素子１２を用いてＤＡＢ放送波用の周波数帯の放送波信号も取り出すことが可能になっている。

なお、アンテナ装置１が対応する放送波として、ＦＭ放送波とＤＡＢ放送波との組み合わせを挙げたが、これは例示にすぎない。アンテナ装置１が対応する放送波の組み合わせは他の組み合わせであってもよい。

図６は、変形例のアンテナ装置１Ａの構成を更に詳細に説明するための図である。図６に示すように、変形例のアンテナ装置１Ａでは、第１アンテナ素子１２および第２アンテナ素子１３から第１給電点１４を介して得られた信号は、ローパスフィルタ１７を通る。これにより、ＤＡＢ放送波で使用される周波数帯の放送波をカットしてＦＭ放送波用の受信機に適切な放送波信号を伝送することができる。

また、変形例のアンテナ装置１Ａでは、第１アンテナ素子１２から第２給電点１６を介して得られた信号は、ハイパスフィルタ１８を通る。これにより、ＦＭ放送波で使用される周波数帯の放送波をカットしてＤＡＢ放送波用の受信機に適切な放送波信号を伝送することができる。

なお、ローパスフィルタ１７およびハイパスフィルタ１８は、給電点１４、１６よりもアンテナ素子１２、１３側に配置されてもよい。

＜５．留意事項＞
本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。また、本明細書中に示される複数の実施形態及び変形例は可能な範囲で適宜組み合わせて実施されてよい。

１、１Ａ・・・アンテナ装置
１１・・・グランド導体
１２・・・第１アンテナ素子
１３・・・第２アンテナ素子
１４・・・給電点
１５・・・コイル
２０・・・支持板
２０ａ・・・第１面
２０ｂ・・・第２面
１２１・・・第１部分
１２２・・・第２部分

Claims (5)

1. 長手方向と短手方向を持つ平板状の第１部分と、前記第１部分の長手方向の一端から延びるメアンダ形状の第２部分とを有し、前記第１部分の長手方向の他端から給電される第１アンテナ素子と、
   メアンダ形状の第２アンテナ素子であって、前記第１部分の平面視において、前記第２アンテナ素子が占める長方形の領域と、前記第２部分が占める長方形の領域とが、長手方向を平行にして重なるように配置され、メアンダ形状を成す線の一端から給電される第２アンテナ素子と、
   を備える、アンテナ装置。
2. 前記第１アンテナ素子および前記第２アンテナ素子は、グランド導体に接続される給電点を共用する、請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記第１アンテナ素子および前記第２アンテナ素子を支持する支持板を更に備え、
   前記第１部分と前記第２アンテナ素子とは前記支持板の第１面上に配置され、
   前記第２部分は、前記支持板の前記第１面の反対側となる第２面上に配置される、請求項１又は２に記載のアンテナ装置。
4. 前記第２部分と前記第２アンテナ素子とは、前記第１部分の平面視において、メアンダ形状における折り返し位置が互いにずれている、請求項１から３のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
5. 前記給電点と前記第１アンテナ素子との間に配置されるコイルと、前記給電点と前記第２アンテナ素子との間に配置されるコイルとのうち、少なくとも一方のコイルを更に備える、請求項２に記載のアンテナ装置。

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