JPWO2009130879A1 - 複合アンテナ装置 - Google Patents
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Abstract
Description
しかし、アンテナ装置の小型化を実現しようとすると、パッチアンテナに近接してロッドアンテナが配置されるため、このロッドアンテナが金属障害物として機能し、パッチアンテナの受信性能(利得)を低下させることが想定される。このため、従来のものでは、パッチアンテナとロッドアンテナとの距離を、少なくともパッチアンテナが受信する電波の一波長(λ)分の長さよりも大きく離間させて、ロッドアンテナの物理的な影響の低減を図っていたため、複合アンテナ装置が大型化するといった問題があった。
そこで、本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、パッチアンテナの受信性能を維持しつつ、小型化を図った複合アンテナ装置を提供することを目的とする。
Y≒L/εr1/2
を満たす構成としても良い。
ダイカストベース20は、亜鉛、アルミニウム、マグネシウム等の材料を鋳造することにより形成され、その裏面側に上記ベース板10の開口12を通じて外部に突出する円柱形状のボス部21が形成されている。このボス部21は、車両のルーフパネル90に設けられた孔部に挿通され、このルーフパネル90への取付部として機能するとともに、ダイカストベース20と連通するロッドアンテナ30及びパッチアンテナ40のアースとして機能する。
ダイカストベース20の前端(一端)20A側には、図1及び図2に示すように、その底面から矩形状に上方に突出する支持壁部22が形成され、この支持壁部22の上にはパッチアンテナ40が固定されている。このパッチアンテナ40は、アンテナ素子基板41と、このアンテナ素子基板41の裏面側に搭載されたLNA回路基板42とを備える。アンテナ素子基板41の周囲には、フランジ部43が形成され、このフランジ部43とダイカストベース20の支持壁部22とがねじ44で締結される。この構成では、LNA回路基板42は支持壁部22で囲われた空間内に収容されている。
アンテナ素子基板41は、SDARS衛星からのサテライトラジオ放送を受信するためのもので、セラミック等の誘電体で形成された基板上に金属で形成されたアンテナ素子が貼り付けられて形成されている。また、アンテナ素子基板41は、アンテナ素子の素子長が1/2波長(1/2λ)に相当する長さに設定されている。LNA回路基板42は、アンテナ素子基板41で受信した信号を増幅するためのものである。LNA回路基板42とアンテナ素子基板41とは、このアンテナ素子基板41に電力を供給するための給電点により接続されている。本実施形態のサテライトラジオ放送は、SDARS衛星からの発信される周波数が約2.3GHz帯の電波を受信するデジタルラジオ放送であり、現在、米国で実用化されているものである。なお、本実施形態では、受信電波の周波数fが約2.3GHz帯なので、そのときの受信波長(共振波長)λは約130.4mmとなる。
また、ブースタ回路基板31には、略L字形状に屈曲された接続板34の一端がねじ35で固定され、この接続板34の他端は、ロッドアンテナ30のアンテナ素子36の基端部36Aに形成された給電部37に接続されている。
また、LNA回路基板42及びブースタ回路基板31には、それぞれ出力ケーブル48が接続され、これら出力ケーブル48は、車両に搭載されるラジオ受信装置(不図示)に接続される。
また、本実施形態では、ケース体50とダイカストベース20との間に、カバー体55が配置され、このカバー体55は、ダイカストベース20にねじ56により固定されている。これによれば、ケース体50は、カバー体55と別体構造で取付可能となるため、ケース体50の表面に、塗装等により色調を設けたり、様々なデザインを付加することができる。その為に、カバー体55を含むアンテナ本体構造は不変に共用化ができる構造となっている。
しかし、アンテナユニット100の小型化を実現しようとすると、パッチアンテナ40のアンテナ素子基板41に近接してロッドアンテナ30のアンテナ素子36が配置されるため、このアンテナ素子36が金属障害物として機能し、パッチアンテナ40の受信性能(利得)を低下させることが想定される。
一方、パッチアンテナ40のアンテナ素子基板41をロッドアンテナ30のアンテナ素子36から大きく(例えば、パッチアンテナ40が受信する電波の一波長(λ)分の長さよりも大きく)離間させて配置すれば、当該パッチアンテナ40の受信性能の低下は抑制されるもののアンテナユニット100の小型化を実現することはできない。
本構成では、パッチアンテナ40の受信性能を維持しつつ、アンテナユニット100の小型化を実現するための配置構造に特徴を有する。このため、パッチアンテナ40及びロッドアンテナ30の配置構造について説明する。
一般に、パッチアンテナ40においては、パッチアンテナ40のアンテナ素子基板41に誘起する誘起電圧の電圧放射によって放射パターンが形成されることが知られており、この際に、パッチアンテナ40の指向性が、アンテナ素子基板41と、このアンテナ素子基板41の直下に位置する金属地板としてのルーフパネル90との距離H1(図4参照)に依存することが出願人の実験等により判明した。
具体的には、アンテナ素子基板41とルーフパネル90との距離H1が近すぎる場合(図5B:H1=H1a)には、図5Aに示すように、誘起電圧が低いため、この誘起電圧のルーフパネル90へのはね返りが小さく、図5Bに示すように、放射パターンX1は指向性が狭くなる。このため、アンテナ指向性は狭くなり、アンテナ性能は劣化する。
一方、上記距離H1が遠くなる(図5B:H1=H1b)と、誘起電圧が低下するともに、図5Bに示すように、誘起電圧はアンテナ素子基板41とルーフパネル90との間に回り込んでしまう放射パターンX2となる。この場合、誘起電圧がルーフパネル90にはね返る地上波(または衛星波)と打ち消しあってしまい、低い角度での指向性が得られず、低仰角でのアンテナ性能が劣化する。
本実施形態では、図5A、Bに示すように、アンテナ素子基板41とルーフパネル90との距離H1を、アンテナ素子基板41に生じる誘起電圧が最大値となる距離H1c(本実施形態では、距離H1cは、9.5mm〜10.0mmが望ましく、9.7mmに設定することがより望ましい)に当該アンテナ素子基板41を配置すべく、ダイカストベース20の支持壁部22は所定の高さに形成されている。これにより、図5Bに示すように、適正な放射パターンX3を形成できるため、アンテナ指向性が広く、アンテナ性能を向上させることができる。更に、上述のように、支持壁部22は、ダイカストベース20の底面から矩形状に突出させて形成し、この支持壁部22の上端にアンテナ素子基板41が固定されている。このため、アンテナ素子基板41に生じる誘起電圧が当該アンテナ素子基板41の下方へ回り込むことが抑制され、上記したような適正な放射パターンを実現することができる。
このため、本実施形態では、ロッドアンテナ30の給電部37とルーフパネル90との距離H2を所定の距離(本実施形態では、約21mm〜23mm)に設定することにより、後述するように、パッチアンテナ40をロッドアンテナ30から、SDARS衛星からの発信される信号の波長λよりも短い位置に配置した場合に、給電部37及び当該給電部37に連結されるロッドアンテナ30の基端部36Aが上記した範囲内に延在しないようになっている。
このため、この距離Lを極力短く設定するとともに、その際の受信性能の低下を抑制できれば、パッチアンテナ40の受信性能を維持しつつ、アンテナユニット100の小型化を実現することができる。
本実施形態では、パッチアンテナ40の所定の仰角範囲(20度〜160度)に、金属障害物となるロッドアンテナ30の基端部36Aもしくは給電部37が延在することを抑制しつつ、パッチアンテナ40のアンテナ素子基板41の中心41Aと上記給電部37との距離Lの短縮化を実現している。具体的には、この距離Lは65mm〜68mmに設定されている。
このように、パッチアンテナ40のアンテナ素子基板41とルーフパネル90との距離H1と、ロッドアンテナ30の給電部37とルーフパネル90との距離H2と、パッチアンテナ40のアンテナ素子基板41の中心41Aと上記給電部37との距離Lとの比を1:2:6に設定することにより、パッチアンテナ40の受信性能の維持を図りつつ、アンテナユニット100の小型化を図るレイアウトを実現できる。
本実施形態では、アンテナ素子基板41の中心41Aとロッドアンテナ30の給電部37との距離Lに応じて、アンテナ素子基板41の給電点の位置をP1からP2へと変位させることで、給電部37による物理的な影響を最小限に抑制するができる。
具体的には、アンテナ素子基板41の中心41Aとロッドアンテナ30の給電部37との距離Lと、給電点P2の変位量Yとの関係は、アンテナ素子基板41の誘電体の比誘電率εrと周波数fとを用いて、
L/3.0×108/f≒Y/3.0×108/f/εr1/2 (1)
で表すことができる。
この式を整理すると、
Y≒L/εr1/2 (2)
となる。
さらに、給電点P2の変位量Yは、(2)式で求めることができるため、インピーダンスを基準値(50Ω)に整合できる給電点の位置を容易に設定することができる。このため、アンテナユニット100におけるアンテナ素子基板41の中心41Aとロッドアンテナ30の給電部37との距離Lを変更した場合であっても、この距離Lに応じた給電点P2の位置を容易に設定できるため、アンテナユニット100の開発期間の短縮化を実現できる。
20 ダイカストベース(支持部材)
21 ボス部
22 支持壁部
30 ロッドアンテナ
31 ブースタ回路基板
34 接続板
36 アンテナ素子
36A 基端部
37 給電部
40 パッチアンテナ
41 アンテナ素子基板
41A 中心
42 LNA回路基板
43 フランジ部
48 出力ケーブル
50 ケース体
50A 後端部
55 カバー体
90 ルーフパネル
100 アンテナユニット(複合アンテナ装置)
L 距離
εr 比誘電率
H1 距離
H2 距離
P2 給電点
Claims (6)
- 第1周波数帯域の電波を受信するためのロッドアンテナと、前記第1周波数帯域よりも高い第2周波数帯域の電波を受信するためのパッチアンテナとを備え、前記パッチアンテナを前記ロッドアンテナから前記第2周波数帯域の電波の波長よりも短い距離となる位置に横並びに配置するとともに、当該パッチアンテナの一端から各アンテナ間の距離に応じた長さだけ変位させた位置に、当該パッチアンテナに電源を供給する給電点を設けたことを特徴とする複合アンテナ装置。
- アンテナ間の距離をL、前記パッチアンテナの比誘電率をεrとした場合、前記給電点を変位させる長さYは、
Y≒L/εr1/2
を満たすことを特徴とする請求項1に記載の複合アンテナ装置。 - 前記複合アンテナ装置が取り付けられる地板と前記パッチアンテナとの距離を、当該パッチアンテナに生じる誘起電圧の値が略最大となる位置で当該パッチアンテナを支持する支持部材を備え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。
- 前記ロッドアンテナの給電部が、前記パッチアンテナのアンテナ指向性能を満足する所定の仰角範囲内に延在しないように、前記複合アンテナ装置が取り付けられる地板と前記ロッドアンテナの給電部との距離を設定した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周波数帯域は、AM/FM放送の電波の周波数帯域を含む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2周波数帯域は、衛星から発信されるサテライト放送の電波の周波数帯域を含むことを特徴とする請求項1に記載の複合アンテナ装置。
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