JPWO2017191811A1 - アンテナ装置 - Google Patents
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Abstract
平面の基体部と、前記基体部上に設けられ、グラウンド側の下辺が上辺よりも小さい多角形の平面の導体部と、を備え、前記導体部は、前記下辺に給電点が設けられ、前記下辺の前記給電点の近傍に開放端を有するスリットを備え、前記スリットは、前記開放端から延在する第1のスリット部と、前記第1のスリット部の端部から前記第1のスリット部に対して垂直方向に向かって回転して延在する第2のスリット部と、前記第2のスリット部の端部から前記第2のスリット部に対して垂直方向に向かって回転して延在する第3のスリット部と、を有することを特徴とするアンテナ装置。
Description
本発明は、アンテナ装置に関する。
近年、インテリジェント、かつブロードバンド接続された自動車への関心が高まっている。上記接続された自動車の実現の鍵となる技術は4G(Generation)LTE(Long Term Evolution)である。LTEは、ビデオリッチコミュニケーション、ナビゲーション、インフォメーション、エンターテイメント、運転手と乗客との位置情報に基づいたサービスをサポートする新しい高品質アプリケーションのためにスピード、少ない待ち時間、IP(Internet Protocol)接続性を有する。
自動車環境の中にLTEを統合する際に考慮すべきいくつかの要因がある。電波スペクトラム及びアンテナは、最も重要なものの1つである。LTEは、40バンド以上をカバーし、多くの地域において、少なくとも同時に5〜6バンドをサポートする必要がある。自動車は一つの地域から別の地域まで行くことができるから、自動車はおよそ10のLTEバンドをサポートする必要がありそうである。
加えて、LTE MIMO(Multiple-Input and Multiple-Output)は2本のアンテナを利用し、そして将来的にはおそらくさらに多くのアンテナに拡張されるであろう。LTEアンテナは、自動車の中のセルラーモデムと共同して位置を定めるか、あるいはシャークフィンアンテナのような外部アッセンブリで位置を定めることができる。両方のシナリオで、アンテナは目立たたず、小さく、そして同じく700−2700[MHz]の巨大な帯域をカバーするべきである。このようなアンテナは1つのチャレンジである。
また、UWB(Ultra Wide Band)用のアンテナとして、円形やホームベース型の平板の導体を備え、広帯域化及び小型化を図ったアンテナ装置が知られている(特許文献1、特許文献2、特許文献3参照)。
しかし、上記アンテナ装置について、さらなる広帯域化及び小型化の要請がある。具体的には、世界の全ての地域でLTEバンドをカバーし且つ小さくて目立たないアンテナの要請がある。
本発明の課題は、アンテナ装置の広帯域化及び小型化を実現することである。
上述した課題を実現するために、本発明の側面を反映したアンテナ装置は、以下を有する。
平面の基体部と、
前記基体部上に設けられ、グラウンド側の下辺が上辺よりも小さい多角形の平面の導体部と、を備え、
前記導体部は、
前記下辺に給電点が設けられ、
前記下辺の前記給電点の近傍に開放端を有するスリットを備え、
前記スリットは、
前記開放端から延在する第1のスリット部と、
前記第1のスリット部の端部から前記第1のスリット部に対して垂直方向に向かって回転して延在する第2のスリット部と、
前記第2のスリット部の端部から前記第2のスリット部に対して垂直方向に向かって回転して延在する第3のスリット部と、を有することを特徴とする。
平面の基体部と、
前記基体部上に設けられ、グラウンド側の下辺が上辺よりも小さい多角形の平面の導体部と、を備え、
前記導体部は、
前記下辺に給電点が設けられ、
前記下辺の前記給電点の近傍に開放端を有するスリットを備え、
前記スリットは、
前記開放端から延在する第1のスリット部と、
前記第1のスリット部の端部から前記第1のスリット部に対して垂直方向に向かって回転して延在する第2のスリット部と、
前記第2のスリット部の端部から前記第2のスリット部に対して垂直方向に向かって回転して延在する第3のスリット部と、を有することを特徴とする。
また、上記アンテナ装置において、
前記給電点と前記スリットの開放端との距離は、2.0[mm]であることが望ましい。
前記給電点と前記スリットの開放端との距離は、2.0[mm]であることが望ましい。
また、上記アンテナ装置において、
前記導体部の外周と前記スリットの内周との長さは、最も小さい動作周波数の波長の1/4倍の長さに設定されていることが望ましい。
前記導体部の外周と前記スリットの内周との長さは、最も小さい動作周波数の波長の1/4倍の長さに設定されていることが望ましい。
また、上記アンテナ装置において、
前記第1のスリット部は、異なる2つの回転方向に90度ずつ屈曲されていることが望ましい。
前記第1のスリット部は、異なる2つの回転方向に90度ずつ屈曲されていることが望ましい。
また、上記アンテナ装置において、
シャークフィン形状のアンテナカバー部と、
前記アンテナカバー部に接続されたアンテナベース部と、
前記アンテナベース部に設けられ、接地部分を有する基板と、を備え、
前記基体部及び導体部は、前記基板に設置されることが望ましい。
シャークフィン形状のアンテナカバー部と、
前記アンテナカバー部に接続されたアンテナベース部と、
前記アンテナベース部に設けられ、接地部分を有する基板と、を備え、
前記基体部及び導体部は、前記基板に設置されることが望ましい。
また、上記アンテナ装置において、
通信ユニットのケース部と、
前記ケース部内に設けられ接地部分を有する基板と、を備え、
前記基体部及び導体部は、前記基板に設置されることが望ましい。
通信ユニットのケース部と、
前記ケース部内に設けられ接地部分を有する基板と、を備え、
前記基体部及び導体部は、前記基板に設置されることが望ましい。
また、上記アンテナ装置において、
前記基体部及び導体部は、前記ケース部内の形状に対応して折り曲げられていることが望ましい。
前記基体部及び導体部は、前記ケース部内の形状に対応して折り曲げられていることが望ましい。
本発明によれば、アンテナ装置の広帯域化及び小型化を実現できる。
以下、本発明に係る実施の形態及び変形例を図面に基づいて詳細に説明する。但し、本発明は、図示例に限定されるものではない。
(実施の形態)
図1〜図11を参照して、本発明に係る実施の形態を説明する。先ず、図1を参照して、本実施の形態の無線通信システムWの構成を説明する。図1は、車両R内の無線通信システムWを示す透視図である。
図1〜図11を参照して、本発明に係る実施の形態を説明する。先ず、図1を参照して、本実施の形態の無線通信システムWの構成を説明する。図1は、車両R内の無線通信システムWを示す透視図である。
図1に示すように、無線通信システムWは、テレマティクスサービスにおける無線通信を行うシステムであり、自動車の車両R内に搭載される。テレマティクスサービスは、自動車への安全・安心の機能の実現と、情報配信による利便性の向上と、を目的とする移動体通信(無線通信)を用いた各種サービスの総称である。無線通信システムWは、LTE、衛星ラジオのSDARS(Satellite Digital Audio Radio Service)、位置測位のGPS(Global Positioning System)の無線通信方式の通信を行う構成として説明するが、これに限定されるものではなく、他の無線通信方式の通信を行う構成としてもよい。
無線通信システムWは、アンテナ装置1Aと、レシーバ2と、TCU(Telematics Control Unit)3と、を備える。アンテナ装置1Aは、車両Rのルーフの設置面に設けられた固定用開口(図示略)に、車両Rの前後方向に流線形となるように取り付けられるシャークフィン形状のアンテナ装置である。アンテナ装置1Aは、LTE、SDARS、GPSのアンテナを有し、ケーブルE1,E2を介してTCU3、レシーバ2に接続されている。
レシーバ2は、車載機器に含まれ、SDARS、GPS受信機器である。TCU3は、少なくともLTEのアンテナを有し、当該LTE等の通信を制御する装置である。TCU3は、ケーブルE1を介してアンテナ装置1Aに接続されている。LTEのアンテナが、アンテナ装置1A及びTCU3の2系統にあるのは、車両R又は乗務員の緊急時に、いずれか一方が通信不能となっても、外部の通信先と通信できるようにするためである。
図2を参照して、アンテナ装置1Aの内部構成を説明する。図2は、アンテナ装置1Aの内部構成を示す断面図である。
図2に示すように、アンテナ装置1Aは、アンテナカバー部10と、アンテナベース部20と、基板30Aと、平面アンテナ100aと、パッチアンテナ41,42と、ガスケット部50と、を備える。
アンテナカバー部10は、後方に向けて拡幅するとともに、長手方向に沿って後方に向けて流線型状に隆起して形成され、車両の外観が損なわれないように、低姿勢のシャークフィン形状に形成されている。アンテナカバー部10は、アクリル樹脂等の電波透過性及び絶縁性を有する合成樹脂からなる。
アンテナベース部20は、ベース部材21と、突起部22と、を備え、アルミ等の金属製のダイキャストとして一体的に形成されている。ベース部材21は、アンテナカバー部10の下面開口に合致する略平面の形状を有し、上面に基板30Aが設置されている。突起部22は、車両Rのルーフの固定用開口に挿入されてアンテナ装置1Aを固定するための部材である。また、突起部22は、ボルトとしての雄螺子が形成され、突起部22の軸方向に沿って設けられた溝部22aを有する。溝部22aは、車両Rに設けられたTCU3に電気的に接続されたケーブルE1と、車両Rに設けられたレシーバ2に電気的に接続されたケーブルE2と、が挿通される。ケーブルE1は、平面アンテナ100a用の同軸ケーブル等のケーブルである。ケーブルE2は、パッチアンテナ41,42用の同軸ケーブル等のケーブルである。
突起部22が車両Rの固定用開口に挿入された状態で、車両R内部からナット等の固定部材(図示略)を突起部22に締結することによって車両Rのルーフの設置面を狭持することにより、アンテナ装置1Aが車両Rの設置面に固定設置される。このとき、ベース部材21は設置面と電気的に接続され、車両Rのボディを介して接地される。なお、アンテナカバー部10は、内側の面に形成されたボスに形成された雌螺子部にベース部材21の裏側から螺子止めすることにより、アンテナベース部20に取り付けられる。
基板30Aは、特定周波数の電波だけを選択的に受信するための同調回路や増幅回路を有し、ベース部材21の上面に、例えば螺子止めにより固定設置されるPCB(Printed Circuit Board)等の回路基板である。基板30Aは、パッチアンテナ41,42及び平面アンテナ100a用の基板であり、適宜接地部分を有する。
平面アンテナ100aは、平面アンテナ部200aからなるETC用のアンテナであり、平面の厚さ方向がアンテナ装置1Aの前後方向と垂直になるように、支持部(図示略)に支持されて基板30A上に固定して立設されている。平面アンテナ部200aの後述する導体部220aは、図上の手前側に露出している。平面アンテナ100aの構成及びアンテナ特性は、詳細に後述する。
例えば、平面アンテナ100aは、同軸ケーブルとしてのケーブルE1の内部導体と給電点で半田付けされ、ケーブルE1の外部導体と平面アンテナ100a(基板30A)のグラウンドとが接続される。基板30Aにおけるパッチアンテナ41,42の給電ラインは、平面アンテナ100aの給電点に加えることができる。
パッチアンテナ41は、SDARSの人工衛星からの無線電波を受信するSDARS用のパッチアンテナであり、基板30A上に固定して設置されている。パッチアンテナ42は、GPS衛星からの無線電波を受信するGPS用のパッチアンテナであり、基板30A上に固定して設置されている。
ガスケット部50は、EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer:エチレンプロピレンジエンゴム)等の石油系ゴム等の防水性及び耐化学薬品性を有する弾性体からなる。ガスケット部50は、ベース部材21に周設されており、突起部22を車両Rの固定用開口に挿入して固定部材で締結することにより、ベース部材21と車両Rのルーフとの間で挟まれ、アンテナカバー部10の内部と車両R内部とを水密に保つことが可能である。
図3は、アンテナ装置1Bの内部構成を示す断面図である。アンテナ装置1Aを、図3に示すアンテナ装置1Bに代える構成としてもよい。アンテナ装置1Bは、アンテナ装置1Aの基板30Aを基板30Bに代え、平面アンテナ100aの設置方向を異にした構成を有する。
基板30Bは、基板30Aと同様の構成を有するが、平面アンテナ100aの設置領域が異なる。アンテナ装置1Bにおいて、平面アンテナ100aは、平面の厚さ方向がアンテナ装置1Bの前後方向になるように、基板30B上に設置された支持部31Bに支持されて基板30B上に固定して立設されている。平面アンテナ部200aの後述する導体部220aは、図上の後方向側に露出している。
また、シャークフィンモジュールとしてのアンテナ装置1A,1Bは、ETCの他にSDARS、GPS等のアンテナを持っているので、異なるアンテナ間の十分なアイソレーションをもつように注意深くアンテナ設計することが重要である。
次いで、図4A、図4Bを参照して、TCU3の構成を説明する。図4Aは、TCU3を示す外観図である。図4Bは、TCU3の内部構成を示す概略図である。
図4Aに示すように、TCU3は、略直方体形状の樹脂製のケース部3Aを有する。図4Bに示すように、TCU3は、ケース部3A内に、基板60と、平面アンテナ100bと、を備える。基板60は、PCBの基板本体部61と、基板本体部61上に設置された、平面アンテナ100b用の通信回路部62と、その他の回路部63と、コネクタ64と、を備える。コネクタ64は、平面アンテナ100bの取り付け用のコネクタである。
平面アンテナ100bは、平面アンテナ部200bと、コネクタ300bと、を有する。平面アンテナ部200bは、平面アンテナ部200aと同様のアンテナであり、給電点でコネクタ300bの導体部に電気的に接続されている。コネクタ300bは、コネクタ64に電気的及び物理的に接続されるコネクタである。平面アンテナ100bは、平面アンテナ部200bの平面と、基板本体部61の平面とが平行になるように、コネクタ300b及びコネクタ64が接続される。
図5は、平面アンテナ100cを示す斜視図である。TCU3内には、平面アンテナ100bに代えて、図5に示す平面アンテナ100cを備える構成としてもよい。平面アンテナ100cは、平面アンテナ部200cを有する。平面アンテナ部200cは、平面アンテナ部200aを90度に折り曲げた形状を有する。また、平面アンテナ部200cは、基板本体部61の端部に、支持部(図示略)により固定的に立設されている。平面アンテナ部200cが折り曲げられているため、平面アンテナ100cが、さらに小型化されてケース部3A内に収納されている。
次に、図6を参照して、平面アンテナ100aの平面アンテナ部200aの構成を説明する。図6は、平面アンテナ100aを示す平面図である。
図6に示すように、平面アンテナ部200aは、アンテナ基板210aの片面上に、導体部220aが形成された構成を有する。アンテナ基板210aは、例えばFR4(Flame Retardant Type 4)等の絶縁性の基板である。また、図6に示すように、X,Y,Z軸をとる。アンテナ基板210aは、例えば、Y×Z=32[mm]×25[mm]とされる。
導体部220aは、銅箔から構成される平面状の導体部であり、上辺よりも下辺が短い台形(多角形)形状を有する。導体部220aは、導体を切り欠いたスリット230aと、テーパー部241a,242aと、を有する。導体部220aの下辺には、ケーブルE2の内部導体に電気的に接続される給電点Pが設けられている。スリット230aは、給電点Pの右側の近傍に狭い開放端を有するスリットである。
スリット230aは、直線スリット部231a,232a,233aからなる。直線スリット部231aは、給電点Pの右側の近傍の開放端から+Z方向に延在する直線の帯状のスリット部である。直線スリット部232aは、直線スリット部231aの端部から+Y方向に延在する直線の帯状のスリット部である。直線スリット部233aは、直線スリット部232aの端部から−Z方向に延在する直線の帯状のスリット部である。
スリット230aは、電流分布を変更することによって、LTEの低周波帯域748−960[MHz]共振を作るための部分である。スリット230aの長さや幅は、共振周波数によって決定する。直線スリット部231a,232a,233aの長さは、LTEの低周波帯域の共振周波数を決定する。電流経路長は、最も小さい動作周波数の1/4波長で、この経路は、スリット230aの全長(内周)と導体部220aの外周とを含む。スリット230aにより、更なる共振を形成して、アンテナ帯域幅を増加させている。
より良いインピーダンスマッチングと帯域幅とを得るために、スリット230aは、給電点PのY軸の右側から開始され、そして給電点のより近くにするべきである。本実施の形態の設計では、長さL1=2.0[mm]とした。給電点Pの位置は、最初は導体部下端の中央を選択されて、そして次に低周波数帯748−960[MHz]に対して可能な最も大きい帯域幅を得るために最適化される。平面アンテナ部200aは、平行に配置された2つの直線スリット部231a,233aの間で結合しており、特に帯域幅を増加させる。
テーパー部241aは、導体部220aの右下に位置する。テーパー部241aと導体部220aの下辺との間の傾斜の角度を角度αとする。テーパー部242aは、導体部220aの左下に位置する。テーパー部242aと導体部220aの下辺との間の傾斜の角度を角度βとする。テーパー部241a,242aは、インピーダンス帯域幅を実質的に増加するため、角度α,βを最適化してY方向に非対称になっている。平面アンテナ部200aのインピーダンス帯域幅は、導体部が矩形構造の平面アンテナと比較して6倍以上増加する。平面アンテナ部200aのように、テーパー部241aの角度αを、テーパー部242aの角度βに比較して大きくすることもできる。
平面アンテナ100aは、モノポールアンテナである。このため、伝送線路モデルを用いて、平面アンテナ100aを分析できる。基板30Aのグラウンド部分に対して、導体部220aの高さが連続的に増加しているので、このモデルでは、エッジを傾けることは、テーパーラインとしてモデル化される。それゆえ、テーパー部241a,242aにより、連続した可変の特性インピーダンスをつくることができ、共振の数を増加でき、ブロードバンドのマッチングを達成できる。それぞれの角度α,βを増加させることによって、帯域幅及び上端周波数が増加する。この効果は、左右の角度α,βのどちらについても同様である。
このように、平面アンテナ100a,100b,100cは、超広帯域モノポールコンセプトに基づくアンテナである。平面アンテナ100a,100b,100cは、メインLTEアンテナとして使用するものとするが、これに限定されるものではなく、ダイバーシティアンテナとして使用することもできる。
次いで、図7〜図11を参照して、平面アンテナ100aのアンテナ特性を説明する。平面アンテナ100b,100cのアンテナ特性も平面アンテナ100aのアンテナ特性と同様である。図7は、平面アンテナ100aにおける周波数に対するリターンロスを示す図である。図8は、平面アンテナ100aの遠視野の水平面における利得を示す図である。図9は、平面アンテナ100aの遠視野の垂直面における利得を示す図である。図10は、平面アンテナ100aと給電点がスリットから遠い平面アンテナとの周波数に対するリターンロスを示す図である。図11は、平面アンテナ100aとスリットが無い平面アンテナとの周波数に対するリターンロスを示す図である。
各種アンテナ特性の測定に際し、平面アンテナ100aは、同軸ケーブルにFAKRAコネクタを使って給電され、グラウンド板の端に位置させた。このようにしてして、平面アンテナ100aのアンテナ特性としてのリターンロス(反射係数S11)を測定した。グラウンド板のサイズは、TCU3の基板60と同じサイズを選択した。
平面アンテナ100aの周波数に対するリターンロスは、周波数帯B1,B2,B3を含む周波数について、図7に示す測定結果が得られた。周波数帯B1,B2,B3は、LTEの周波数帯であり、順に、748−960[MHz]、1450−2175[MHz]、2490−2690[MHz]である。
図7において、周波数帯B1,B2,B3で−5[dB]以下の良好なリターンロスが得られ、特に周波数帯B1で共振がとれたさらに良好なリターンロスが得られた。
また、平面アンテナ100aの遠視野の水平面(図2のXY平面)における利得をシミュレーションし、その結果が図8のようになった。図8において、周波数0.75[GHz]における利得を実線で示し、周波数1.91[GHz]における利得を点線で示し、周波数2.1[GHz]における利得を破線で示し、周波数2.54[GHz]における利得を一点鎖線で示した。
同様に、平面アンテナ100aの遠視野の垂直面(図2のYZ平面)における利得をシミュレーションし、その結果が図9のようになった。図9の線種は、図8と同様である。
次いで、図10に示すように、平面アンテナ100aと、給電点がスリットから遠い平面アンテナである第1の比較アンテナと、の周波数に対するリターンロスを測定した。図10において、平面アンテナ100aのリターンロスを実線で示し、第1の比較アンテナのリターンロスを点線で示す。
平面アンテナ100aは、スリット230aの開放端から給電点Pまでの距離が最適な2.0[mm]であるのに対し、第1の比較アンテナのスリットの開放端から給電点までの距離を7[cm]とした。第1の比較アンテナの低周波数帯域幅は、平面アンテナ100aの低周波数帯域幅に比べてかなり減少している。−10dBのリターンロスの帯域幅は、平面アンテナ100aの140[MHz]から第1の比較アンテナのおおよそ20[MHz]まで減少している。
また、図11に示すように、スリット230aを有する平面アンテナ100aと、スリットを有さない平面アンテナである第2の比較アンテナと、の周波数に対するリターンロスを測定した。図11において、平面アンテナ100aのリターンロスを実線で示し、第2の比較アンテナのリターンロスを一点鎖線で示す。
第2の比較アンテナのリターンロスにおいて、LTEの周波数帯に必要な低周波数の共振が得られていない。このため、スリット230aは、おおよそ750−960[MHz]の低周波数の共振を生成している。
以上、本実施の形態によれば、平面アンテナ100aは、平面のアンテナ基板210aと、アンテナ基板210a上に設けられ、グラウンド部側の下辺が上辺よりも小さい台形の平面の導体部220aと、を備える。導体部220aは、下辺に給電点Pが設けられ、下辺の給電点Pの近傍に開放端を有するスリット230aを備える。スリット230aは、開放端から延在する直線スリット部231aと、直線スリット部231aの端部から直線スリット部231aに対して反時計回りに垂直方向に向かって回転して延在する直線スリット部232aと、直線スリット部232aの端部から直線スリット部232aに対して反時計回りに垂直方向に向かって回転して延在する直線スリット部233aと、を有する。
このため、アンテナ装置1A,1Bの平面アンテナ100aの広帯域化及び小型化を実現できる。また、導体部220aが台形でテーパー部241a,242aを有するので、インピーダンス帯域幅を大きくして、容易にインピーダンスマッチングをとることができる。また、平行な直線スリット部232a,233aが結合するので、帯域幅を増加できる。
平面アンテナ100aにより、世界の全ての各地域で全てのLTEバンドをカバーする小さくて目立たないアンテナを提供できる。通常異なった地域では、異なったアンテナが要求されるが、この設計ひとつのLTEの平面アンテナ100aを世界の異なる地域で使用することができる。
また、給電点Pとスリット230aの開放端との距離は、2.0[mm]である。このため、低周波数帯域幅を大きくすることができる。
また、導体部220aの外周とスリット230aの内周との長さは、最も小さい動作周波数の波長の1/4倍の長さに設定されている。このため、より良いインピーダンスマッチングと帯域幅とを得ることができる。
また、アンテナ装置1A,1Bは、シャークフィン形状のアンテナカバー部10と、アンテナカバー部10に接続されたアンテナベース部20と、アンテナベース部20に設けられ、接地部分を有する基板30A,30Bと、を備える。平面アンテナ100aは、基板30A,30Bに設置される。このため、平面アンテナ100aを外部アンテナとしてのシャークフィンアンテナに適用できる。
また、アンテナ装置としてのTCU3は、TCU3のケース部3Aと、ケース部3A内に設けられ接地部分を有する基板60と、を備える。平面アンテナ100b,100cは、基板60に設置される。このため、平面アンテナ100b,100cを内部アンテナとしてのテレマティクス用の通信ユニットに適用できる。
また、平面アンテナ100cは、ケース部3A内の形状に対応して折り曲げられている。このため、アンテナ特性を変化することなく、平面アンテナ100cをケース部3Aに容易に収納できる。
(変形例)
図12A〜図15を参照して、上記実施の形態の平面アンテナ100aの変形例を説明する。先ず、図12A及び図12Bを参照して、第1の変形例としての平面アンテナ100dを説明する。図12Aは、平面アンテナ100dを示す平面図である。図12Bは、平面アンテナ100dにおける周波数に対するリターンロスを示す図である。
図12A〜図15を参照して、上記実施の形態の平面アンテナ100aの変形例を説明する。先ず、図12A及び図12Bを参照して、第1の変形例としての平面アンテナ100dを説明する。図12Aは、平面アンテナ100dを示す平面図である。図12Bは、平面アンテナ100dにおける周波数に対するリターンロスを示す図である。
図12Aに示すように、平面アンテナ100dは、平面アンテナ部200dを有する。平面アンテナ部200dは、アンテナ基板210dの片面上に、導体部220dが形成された構成を有する。アンテナ基板210d、導体部220dの材料は、上記実施の形態のアンテナ基板210a、導体部220aと同様の材料からなる。
導体部220dは、スリット230dと、テーパー部241d,242dと、を有する。導体部220dの下端(下辺)には、給電点Pが設けられている。スリット230dは、直線スリット部231d,232d,233d,234d,235dからなる。
直線スリット部231dは、給電点Pの右側の近傍の開放端から+Z方向に延在する直線の帯状のスリット部である。直線スリット部232dは、直線スリット部231dの端部から−Y方向に延在する直線の帯状のスリット部である。直線スリット部233dは、直線スリット部232dの端部から+Z方向に延在する直線の帯状のスリット部である。直線スリット部231d,232d,233dは、途中で2回90度屈曲した1本のスリット部でもある。直線スリット部234dは、直線スリット部233dの端部から+Y方向に延在する直線の帯状のスリット部である。直線スリット部235dは、直線スリット部234dの端部から−Z方向に延在する直線の帯状のスリット部である。
つまり、スリット230dは、上記実施の形態のスリット230aの直線スリット部231aを途中で90度屈曲した形状を有する。平面アンテナ100dにおける周波数に対するリターンロスは、周波数帯B1,B2,B3を含む周波数について、図12Bに示す測定結果が得られた。図12Bにおいて、周波数帯B1で良好なリターンロスが得られ、周波数帯B2,B3で−5[dB]以下の良好なリターンロスが得られ、特に周波数帯B2で共振がとれたさらに良好なリターンロスが得られた。
第1の変形例のように、開放端から延在するスリット部(直線スリット部231d,232d,233d)は、時計回り及び反時計回りに90度ずつ屈曲されている。この構成によっても、平面アンテナ100dの広帯域化及び小型化を実現できる。
次いで、図13A及び図13Bを参照して、第2の変形例としての平面アンテナ100eを説明する。図13Aは、平面アンテナ100eを示す平面図である。図13Bは、平面アンテナ100eにおける周波数に対するリターンロスを示す図である。
図13Aに示すように、平面アンテナ100eは、平面アンテナ部200eを有する。平面アンテナ部200eは、アンテナ基板210eの片面上に、導体部220eが形成された構成を有する。アンテナ基板210e、導体部220eの材料は、上記実施の形態のアンテナ基板210a、導体部220aと同様の材料からなる。
導体部220eは、スリット230eと、テーパー部241e,242eと、を有する。導体部220eの下端(下辺)には、給電点Pが設けられている。スリット230eは、直線スリット部231e,232e,233e,234e,235eからなる。
直線スリット部231eは、給電点Pの右側の近傍の開放端から+Z方向に延在する直線の帯状のスリット部である。直線スリット部232eは、直線スリット部231eの端部から−Y方向に延在する直線の帯状のスリット部である。直線スリット部233eは、直線スリット部232eの端部から+Z方向に延在する直線の帯状のスリット部である。直線スリット部231e,232e,233eは、途中で2回90度屈曲した1本のスリット部でもある。直線スリット部234eは、直線スリット部233eの端部から+Y方向に延在する直線の帯状のスリット部である。直線スリット部235eは、直線スリット部234eの端部から−Z方向に延在する直線の帯状のスリット部である。
つまり、スリット230eは、第1の変形例のスリット230dの直線スリット部232dを短くした形状を有する。このため、例えば、テーパー部241eのY軸に対する角度を、テーパー部242eのY軸に対する角度に比較して大きくすることもできる。平面アンテナ100eにおける周波数に対するリターンロスは、周波数帯B1,B2,B3を含む周波数について、図13Bに示す測定結果が得られた。図13Bにおいて、周波数帯B1で共振がとれた良好なリターンロスが得られ、周波数帯B2,B3で−5[dB]以下の良好なリターンロスが得られた。
第2の変形例のように、開放端から延在するスリット部(直線スリット部231e,232e,233e)は、時計回り及び反時計回りに90度ずつ屈曲されている。この構成によっても、平面アンテナ100eの広帯域化及び小型化を実現できる。
次いで、図14A、図14B及び図14Cを参照して、第3の変形例としての平面アンテナ100fを説明する。図14Aは、平面アンテナ100fを示す平面図である。図14Bは、平面アンテナ100fを示す斜視図である。図14Cは、平面アンテナ100fにおける周波数に対するリターンロスを示す図である。
図14Aに示すように、平面アンテナ100fは、平面アンテナ部200fを有する。平面アンテナ部200fは、アンテナ基板210fの片面上に、導体部220fが形成された構成を有する。アンテナ基板210f、導体部220fの材料は、上記実施の形態のアンテナ基板210a、導体部220aと同様の材料からなる。
導体部220fは、スリット230fと、テーパー部241f,242fと、を有する。導体部220fの下端(下辺)には、給電点Pが設けられている。スリット230fは、直線スリット部231f,232f,233fからなる。
直線スリット部231fは、給電点Pの左側の近傍の開放端から+Z方向に延在する直線の帯状のスリット部である。直線スリット部232fは、直線スリット部231fの端部から+Y方向に延在する直線の帯状のスリット部である。直線スリット部233fは、直線スリット部232fの端部から−Z方向に延在する直線の帯状のスリット部である。
つまり、スリット230fは、上記実施の形態の給電点Pに対するスリット230aの位置を変更した形状を有する。このため、例えば、テーパー部241fのY軸に対する角度を、テーパー部242fのY軸に対する角度に比較して大きくすることもできる。
図14Bに示すように、平面アンテナ部200fを基板60と同じ大きさのグラウンド部300fの端部に立設して、平面アンテナ100fにおける周波数に対するリターンロスを測定した。平面アンテナ100fの周波数に対するリターンロスは、周波数帯B1,B2,B3を含む周波数について、図14Cに示す測定結果が得られた。図14Cにおいて、周波数帯B1,B2でほぼ−5[dB]以下の良好なリターンロスが得られ、周波数帯B3で−5[dB]以下の良好なリターンロスが得られた。
次いで、図15を参照して、第4の変形例としての平面アンテナ100gを説明する。図15は、平面アンテナ100gを示す平面図である。
図15に示すように、平面アンテナ100gは、平面アンテナ部200gを有する。平面アンテナ部200gは、アンテナ基板210gの片面上に、導体部220gが形成された構成を有する。アンテナ基板210g、導体部220gの材料は、上記実施の形態のアンテナ基板210a、導体部220aと同様の材料からなる。
導体部220gは、スリット230gと、テーパー部241g,242gと、を有する。導体部220gの下端(下辺)には、給電点Pが設けられている。スリット230gは、直線スリット部231g,232g,233gからなる。
直線スリット部231gは、給電点Pの左側の近傍の開放端から+Z方向に延在する直線の帯状のスリット部である。直線スリット部232gは、直線スリット部231gの端部から−Y方向に延在する直線の帯状のスリット部である。直線スリット部233gは、直線スリット部232gの端部から−Z方向に延在する直線の帯状のスリット部である。
つまり、スリット230gは、上記実施の形態のスリット230aをY方向に反転した形状を有する。平面アンテナ100gのような形状をとってもよい。このため、例えば、テーパー部242gのY軸に対する角度を、テーパー部241gのY軸に対する角度に比較して大きくすることもできる。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態及び変形例に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、上記実施の形態及び変形例では、平面アンテナ部の導体部を、銅箔で形成した構成を説明したが、これに限定されるものではない。導体部を、銅テープ、真鍮等、他の導電性材料で形成した構成としてもよい。
例えば、上記実施の形態及び変形例では、平面アンテナ部の導体部を設ける基体部をFR4等のプラスチックキャリアとしてのアンテナ基板210a,210d,210e,210f,210gを説明したが、これに限定されるものではない。基体部として、ポリイミド等のFPC(Flexible Printed Circuits)等、他の材料を適用する構成としてもよい。これらの基体部に導体部を印刷する構成も実現でき、この構成により、低価格で、製造が単純で、そして内部システムへの統合が簡単な平面アンテナを実現できる。
今回開示された実施の形態はすべ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る。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
以上のように、本発明のアンテナ装置は、移動体の無線通信に適用できる。
R 車両
W 無線通信システム
2 レシーバ
3 TCU
3A ケース部
E1,E2 ケーブル
1A,1B アンテナ装置
10 アンテナカバー部
20 アンテナベース部
21 ベース部材
22 突起部
22a 溝部
30A,30B 基板
31B 支持部
41,42 パッチアンテナ
50 ガスケット部
60 基板
61 基板本体部
62 通信回路部
63 回路部
64 コネクタ
100a,100b,100c,100d,100e,100f,100g 平面アンテナ
200a,200b,200c,200d,200e,200f,200g 平面アンテナ部
210a,210d,210e,210f,210g アンテナ基板
220a,220d,220e,220f,220g 導体部
230a,230d,230e,230f,230g スリット
231a,232a,233a,231d,232d,233d,234d,235d,231e,232e,233e,234e,235e,231f,232f,233f,231g,232g,233g 直線スリット部
241a,242a,241d,242d,241e,242e,241f,242f,241g,242g テーパー部
P 給電点
300b コネクタ
300f グラウンド部
W 無線通信システム
2 レシーバ
3 TCU
3A ケース部
E1,E2 ケーブル
1A,1B アンテナ装置
10 アンテナカバー部
20 アンテナベース部
21 ベース部材
22 突起部
22a 溝部
30A,30B 基板
31B 支持部
41,42 パッチアンテナ
50 ガスケット部
60 基板
61 基板本体部
62 通信回路部
63 回路部
64 コネクタ
100a,100b,100c,100d,100e,100f,100g 平面アンテナ
200a,200b,200c,200d,200e,200f,200g 平面アンテナ部
210a,210d,210e,210f,210g アンテナ基板
220a,220d,220e,220f,220g 導体部
230a,230d,230e,230f,230g スリット
231a,232a,233a,231d,232d,233d,234d,235d,231e,232e,233e,234e,235e,231f,232f,233f,231g,232g,233g 直線スリット部
241a,242a,241d,242d,241e,242e,241f,242f,241g,242g テーパー部
P 給電点
300b コネクタ
300f グラウンド部
Claims (7)
- 平面の基体部と、
前記基体部上に設けられ、グラウンド側の下辺が上辺よりも小さい多角形の平面の導体部と、を備え、
前記導体部は、
前記下辺に給電点が設けられ、
前記下辺の前記給電点の近傍に開放端を有するスリットを備え、
前記スリットは、
前記開放端から延在する第1のスリット部と、
前記第1のスリット部の端部から前記第1のスリット部に対して垂直方向に向かって回転して延在する第2のスリット部と、
前記第2のスリット部の端部から前記第2のスリット部に対して垂直方向に向かって回転して延在する第3のスリット部と、を有することを特徴とするアンテナ装置。 - 前記給電点と前記スリットの開放端との距離は、2.0[mm]であることを特徴とする請求項1に記載のアンテナ装置。
- 前記導体部の外周と前記スリットの内周との長さは、最も小さい動作周波数の波長の1/4倍の長さに設定されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のアンテナ装置。
- 前記第1のスリット部は、異なる2つの回転方向に90度ずつ屈曲されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
- シャークフィン形状のアンテナカバー部と、
前記アンテナカバー部に接続されたアンテナベース部と、
前記アンテナベース部に設けられ、接地部分を有する基板と、を備え、
前記基体部及び導体部は、前記基板に設置されることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載のアンテナ装置。 - 通信ユニットのケース部と、
前記ケース部内に設けられ接地部分を有する基板と、を備え、
前記基体部及び導体部は、前記基板に設置されることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載のアンテナ装置。 - 前記基体部及び導体部は、前記ケース部内の形状に対応して折り曲げられていることを特徴とする請求項6に記載のアンテナ装置。
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