JPWO2018110671A1 - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

地板を有するアンテナ装置において、水平配置したときに水平偏波の電磁波を送受信可能なアンテナ装置を提供する。地板２０に、その左右両縁部２１を所定幅で残して方形の切欠２２を設け、地板２０と実質的に平行な面内で切欠２２と重なる位置に共振型のアンテナ・エレメント３０を設ける。これにより、アンテナ・エレメント３０を水平配置したときには、水平偏波の電磁波を水平面方向に発生することができる。

Description

本発明は、大地に対して水平な水平面に水平偏波で電磁波を放射する（水平偏波の電磁波を受信する）のに好適なアンテナ装置に関するものである。

従来、自動車のインスツルメンツパネル内（特にフロントガラスに近い位置）に配置される、衛星用、例えばＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）用のアンテナ装置ではパッチアンテナの使用が一般的であり、通常、地板なる金属板が必要となる。また、上記ＧＮＳＳ衛星用アンテナと同時にＴＥＬ（電話）用アンテナを搭載することが要求されるが、従来までは垂直偏波が求められていた。

しかし、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple output）技術を使用したＬＴＥ（Long Term Evolution）において、水平偏波を水平面内に発生させることが求められることがある。その際、地板上にエレメントを形成した場合、地板と平行の面に水平偏波は発生しづらい問題があった。

この問題について、以下に説明する。図２２は、自動車のインスツルメンツパネル内に配置されてＧＮＳＳ信号を受信する、ＧＮＳＳ用パッチアンテナの基本構成例である。パッチアンテナ１０は、誘電体１２の主面上に放射電極１３を形成し、主面の反対側に地導体としての地板２０を設けたものであり、誘電体１２と地板２０との間に受信信号を増幅するＬＮＡ（Low Noise Amplifier）基板１５が配置されている。誘電体１２の主面の反対面はＧＮＤ（グラウンド）電極であり、地板２０に電気的に接続されている。地板２０は、アンテナ特性上、誘電体１２の床面積よりもかなり大きな面積が要求される。ＧＮＳＳ用パッチアンテナの場合、地板２０は水平配置であり、放射電極１３が上向き、つまり仰角９０°方向を向いている。

図２３は図２２のＧＮＳＳ用パッチアンテナに対してＴＥＬ用送受信アンテナであるＴＥＬ用アンテナ・エレメント１６を付加した従来の複合アンテナ装置であり、図２２と同様の部材には同じ符号を付した。
図２３におけるＴＥＬ用アンテナ・エレメント１６は、ＬＮＡ基板１５上から地板２０に対し鉛直方向に立ち上がり、その後平行に伸長するものである。この場合、ＴＥＬ用アンテナ・エレメント１６の地板２０に垂直に鉛直方向に伸長する部分が主に電磁波を発生させる部位となり、偏波は地板２０に対して垂直方向となる。ＴＥＬ用アンテナ・エレメント１６の地板２０と水平方向の伸長した部分は、地板２０近傍であることから、地板２０には逆相の電流が発生し、地板２０と平行な偏波（水平偏波）となる電磁波は発生しない。図２３と実質同様の構造が下記特許文献１に開示されているが、同じ理由で電話用アンテナが発生する電磁波は垂直偏波が強勢となる。

図２４は図２２のＧＮＳＳ用パッチアンテナに対してＴＥＬ用送受信アンテナである平板状のＴＥＬ用アンテナ・エレメント１７を地板２０上に平行に付加した例であり、図２２と同様の部材には同じ符号を付した。図２３で説明したように、ＴＥＬ用アンテナ・エレメント１７と地板２０が平行に近接しているため、図２３に記載したのと同じ理由で地板２０に平行な偏波（水平偏波）の電磁波は発生しない。

特開２０１０−８１５００号公報

本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、地導体を有するアンテナ装置において、アンテナ・エレメントを水平配置したときに水平偏波の電磁波を送受信可能なアンテナ装置を提供することにある。

本発明のある態様はアンテナ装置である。このアンテナ装置は、車両に搭載されるアンテナ装置であって、面状の地導体と、前記地導体と実質的に平行の面内で前記地導体と重ならない位置に設けられ、前記地導体と平行の偏波を送信し又は受信する共振型のアンテナ・エレメントとを備える。「共振型のアンテナ・エレメント」とは、共振により電波の送信又は受信を可能にするアンテナ・エレメントをいう。

前記アンテナ装置において、前記地導体の一部が切り欠かれており、前記アンテナ・エレメントは、前記切り欠かれた部分に設けられるようにしてもよい。あるいは、前記地導体の面上に固定された基板をさらに備え、前記基板の一部の面及びその裏面は前記切り欠かれた部分から露出する非導電面であり、前記アンテナ・エレメントは、前記非導電面に形成されている導体パターンとすることもできる。

本発明の他の態様では、前記基板の一部の面は前記地導体と導通する導電面であり、前記基板には前記導電面と非導通の給電導体パターンが形成されており、前記アンテナ・エレメントの給電端が前記給電導体パターンと導通する。

本発明の他の態様では、前記アンテナ・エレメントが複数の端部を有する。この場合、いずれかの前記端部が前記導電面と導通し、他の前記端部の一つが給電端とする。あるいは、いずれかの前記端部が前記給電導体パターンと導通し、他の前記端部が開放端である。

本発明の他の態様では、前記アンテナ・エレメントは、少なくとも一部をミアンダ形状とすることができる。この場合、前記アンテナ・エレメントは、ＬＴＥのハイバンド用のハイバンド部と前記ＬＴＥのローバンド用のローバンド部とを含み、前記ハイバンド部は板状であり、前記ローバンド部は前記ハイバンド部から延びるミアンダ形状とすることができる。

本発明の他の態様では、前記アンテナ・エレメントは、ＬＴＥのハイバンド用のハイバンド部と前記ＬＴＥのローバンド用のローバンド部とを含むが、前記ハイバンド部は板状であり、前記ローバンド部の少なくとも一部はミアンダ形状であり、前記ローバンド部と前記ハイバンド部は給電端を共有する。あるいは、前記ハイバンド部と前記ローバンド部は、それぞれ、少なくとも一部がミアンダ形状であり、給電端を共有する。
これらの場合において、前記ハイバンド部と前記ローバンド部は、それぞれ、その先端が給電端から略平行に配置され、かつ、前記ローバンド部の先端が前記ハイバンド部の先端よりも前記地導体と導通する面部から遠く配置されるようにしてもよい。
なお、前記ローバンド部のミアンダ状のエレメントは前記ハイバンド部から最も近い部位からターンを開始することが望ましい。

本発明の他の態様では、前記導電面のいずれかの部分に誘電体を介してパッチアンテナが設けられているアンテナ装置とすることができる。

本発明の他の態様では、前記基板と前記地導体とを含むアンテナ装置本体部分を収容し、かつ前記車両に設けられたアンテナ取付機構へ離脱自在に装着可能なホルダをさらに備える。前記ホルダは、その底面部が前記地導体と対面しており、前記地導体の横幅及び縦方向長さが、前記ホルダの底面部の横幅及び縦方向長さと略同じ大きさである。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明に係るアンテナ装置によれば、地導体と、前記地導体と略平行な面内で前記地導体と重ならない位置に延在するアンテナ・エレメントとを備えることで、アンテナ・エレメントを水平配置したときに水平偏波の電磁波を送受信することが可能になる。

本発明に係るアンテナ装置の実施の形態１を示す斜視図。 同平面図。 実施の形態１のアンテナ装置における水平偏波の利得の周波数特性を、垂直偏波の場合と対比して示すグラフ。 本発明の実施の形態２を示す平面図。 本発明の実施の形態３を示す斜視図。 本発明の実施の形態４を示す斜視図。 本発明の実施の形態５であって、地板に固定の基板にアンテナ・エレメントを設け、地板両縁をホルダで保持する構造を示す上方斜視図。 同じく分解斜視図。 実施の形態５におけるホルダを省略した主要部の上方斜視図。 同じく下方斜視図。 実施の形態５における基板を示す下方斜視図。 実施の形態６におけるアンテナ装置本体部分の上方斜視図。 上記アンテナ装置本体部分を下方から見た平面図。 実施の形態６によるＶＳＷＲ特性図。 実施の形態７におけるアンテナ装置本体部分を下方から見た平面図。 実施の形態７によるＶＳＷＲ特性図。 実施の形態８におけるアンテナ装置本体部分を下方から見た平面図。 実施の形態８によるＶＳＷＲ特性図。 実施の形態８の変形例となるアンテナ装置本体部分を下方から見た平面図。 変形例によるＶＳＷＲ特性図。 実施の形態９におけるアンテナ装置本体部分を下方から見た平面図。 実施の形態９におけるアンテナ装置本体部分を上方から見た平面図。 実施の形態９によるローバンドの平均利得特性図。 実施の形態９によるハイバンドの平均利得特性図。 ＧＮＳＳ用パッチアンテナの基本構成例を示す上方斜視図。 図２２のＧＮＳＳ用パッチアンテナに対してＴＥＬ用アンテナ・エレメントを付加した従来の複合アンテナ装置の上方斜視図。 図２２のＧＮＳＳ用パッチアンテナに対して平板状のＴＥＬ用アンテナ・エレメントを地板上に平行に付加した例を示す上方斜視図。

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

実施の形態１
図１Ａ及び図１Ｂは本発明に係るアンテナ装置の実施の形態１を示す。これらの図において、アンテナ装置１は、車両としての自動車のインスツルメンツパネル内に配置されてＧＮＳＳ信号を受信するＧＮＳＳ用パッチアンテナ１０と、地導体としての地板２０と、共振型のアンテナエレメントの一例となるＴＥＬ用アンテナ・エレメント３０とを備える。以下の説明では、ＧＮＳＳ用パッチアンテナを「パッチアンテナ」、ＴＥＬ用アンテナ・エレメントを「アンテナ・エレメント」と称する。また、パッチアンテナ１０、地板２０、アンテナ・エレメント３０を含む部分を「アンテナ装置本体部分」あるいは「主要部」と呼ぶ場合がある。
地板２０の一部（本例では一部の端面）は、内側に切り欠かれている。以下、切り欠かれた部分を便宜上「切欠」と呼ぶ。図示の例では、地板２０の一辺の端面の左右両縁部２１を所定幅で残して切欠２２が形成されている。アンテナ・エレメント３０は、例えばＬ型形状の平板エレメントであってＬＮＡ基板１５及び地板２０と実質的に平行な面内で地板２０と重ならない位置、換言すれば、切欠２２の位置に設けられている。このとき、アンテナ・エレメント３０の給電側（給電端）は地板２０と一部重なってもよいが、アンテナ・エレメント３０の主要部は地板２０と重ならない。
アンテナ・エレメント３０の給電端となる一端（Ｌ型形状の短辺の端部）は、ＬＮＡ基板１５の給電用導体パターン（図示省略）に接続される。アンテナ・エレメント３０の他端（Ｌ型形状の長辺の端部）は開放端となっている。また、アンテナ・エレメント３０は切欠２２からはみ出さない配置である。なお、パッチアンテナ１０の構成は図２２と同様であり、説明は省略する。

実施の形態１の構成の場合、アンテナ・エレメント３０と重なる部分には切欠２２が形成されているため、アンテナ・エレメント３０に給電したときに地板２０に発生する逆相の電流の影響を無くすことが可能となり、アンテナ・エレメント３０及び地板２０と平行な面に電界の変動が発生し、アンテナ・エレメント３０を大地に対して水平に配置とした場合に水平偏波が発生する。また、切欠２２の３辺の内周縁部２２ａ、２２ｂ、２２ｃ全長にわたって高周波電流が定在波として形成され易くなり、左右両縁部２１を残さないで直線的に切り欠いた場合に比べ、所望の周波数帯域において良好なアンテナ送受信特性を得ることが可能となる。

図２はアンテナ装置１の水平面の利得を測定した結果例であり、水平偏波の平均利得（ｄＢｉ）の周波数特性を、垂直偏波の場合と対比して示すグラフである。図２から垂直偏波の平均利得は微小であるのに対して、水平偏波の平均利得は充分大きいことがわかる。

本実施の形態によれば、下記の効果を奏することができる。

（１）アンテナ・エレメント３０が、地板２０と実質的に平行な面内で地板２０と重ならない位置、つまり地板２０に形成された切欠２２の位置に設けられる。そのため、アンテナ・エレメント３０に給電したときの地板２０に発生する逆相の電流の影響を無くすことが可能となる。この結果、アンテナ・エレメント３０と平行な偏波の電磁波（つまり、アンテナ・エレメント３０が大地に対して水平に配置した場合には水平偏波の電磁波）をアンテナ・エレメント３０の配置面と平行な方向（つまり、水平方向）に放射可能であり、水平偏波の電磁波の送受信を良好に行うことができる。

（２）地板２０には、その左右両縁部２１を所定幅で残して切欠２２が形成されており、切欠２２の内周縁部２２ａ、２２ｂ、２２ｃの全長が左右両縁部２１を残さないで直線的に切り欠いた場合に比べ長くなっている。このため、より低い周波数帯にわたって高周波電流が定在波として形成され易くなり、所望の周波数帯域（例えば６９９〜９６０ＭＨｚ、１７１０〜２６９０ＭＨｚ）において良好なアンテナ送受信特性を得ることが可能となる。

（３）地板２０の左右両縁部２１を所定幅で残して切欠２２を形成したことにより、切欠２２を形成したことによる地板２０の面積の減少の影響を抑制することが可能である。また、地板２０上にパッチアンテナ１０が搭載されている場合でも、必要な地板面積を確保でき、パッチアンテナ１０の特性低下を回避できる。

（４）アンテナ・エレメント３０は切欠２２からはみ出さない配置であり、アンテナ・エレメント３０を設置することに起因してアンテナ装置１の設置面積が増大することは無い。

実施の形態２
図３は本発明に係るアンテナ装置の実施の形態２を示す。この図において、アンテナ装置２は、パッチアンテナ１０とアンテナ・エレメント３０とを備えるが、地板２０の形状が異なっている。すなわち、地板２０の一部の端面に、片側縁部２３を所定幅で残して切欠２４が形成されている。その他の構成は実施の形態１と同様である。

この場合も、アンテナ・エレメント３０が、地板２０と実質的に平行な面内で地板２０と重ならない位置、つまり地板２０に形成された切欠２４の位置に存在するから、アンテナ・エレメント３０に給電したときの地板２０に発生する逆相の電流の影響を無くすことが可能となり、アンテナ装置２を大地に対して水平に配置した場合、水平偏波の電磁波の送受信を良好に行うことができる。
また、切欠２４の内周縁部の全長が片側縁部２３を残さないで直線的に切り欠いた場合に比べ長くなっているので、所望の周波数帯域において良好なアンテナ送受信特性を得ることが可能となる。また、アンテナ・エレメント３０は切欠２４からはみ出さないから、アンテナ・エレメント３０を設置することに起因してアンテナ装置２の設置面積が増大することが無い。

実施の形態３
図４は本発明に係るアンテナ装置の実施の形態３を示す。この図において、アンテナ装置３は、パッチアンテナ１０とアンテナ・エレメント３０とを備えるが、地板２０の形状が異なっている。すなわち、地板２０の一端面が、一方の縁から他方の縁に至るまで直線的に切り欠かれた結果、あたかも上記の切欠２２が存在しないかの如く見える。その他の構成は実施の形態１と同様である。

この場合も、アンテナ・エレメント３０が、地板２０と実質的に平行な面内で地板２０と重ならない位置に配置されるから、アンテナ・エレメント３０に給電したときの地板２０に発生する逆相の電流の影響を無くすことが可能となり、アンテナ装置３を大地に対して水平に配置した場合に、水平偏波の電磁波の送受信を良好に行うことができる。

実施の形態４
図５は本発明に係るアンテナ装置の実施の形態４を示す。この図において、アンテナ装置４は、パッチアンテナ１０とアンテナ・エレメント４０とを備える。アンテナ・エレメント４０は地板２０と一体に形成されている。つまり、アンテナ・エレメント４０は複数の端部を有しており、そのうちの一端は地板２０（導電面）に電気的に接続され、アンテナ・エレメント４０の他端が給電端４１となる。なお、図５に示したアンテナ・エレメント４０の形状、特に端部の配置や形状は例示であり、使用する周波数の共振長に応じて変更が可能である。また、アンテナ・エレメント４０は、地板２０と一体に形成する代わりに別部品の導体板で構成し、一端をはんだ付け等で接続した構造でもよい。その他の構成は実施の形態１と同様である。

この実施の形態では、アンテナ・エレメント４０が、地板２０と実質的に平行な面内で地板２０と重ならない位置に配置されるから、アンテナ・エレメント４０に給電したときの地板２０に発生する逆相の電流の影響を無くすことが可能となり、アンテナ装置４を大地に対して水平に配置した場合に、水平偏波の電磁波の送受信を良好に行うことができる。

実施の形態５
図６から図１０で本発明に係るアンテナ装置の実施の形態５を説明する。これらの図に示すように、アンテナ装置５は、パッチアンテナ１０とアンテナ・エレメント３０（図９〜図１０）が設けられた基板５０と、基板５０が固定された地導体としての地板２０と、基板５０及び地板２０を含むアンテナ装置本体部分を車両に設けられたアンテナ取付機構（図示省略）へ離脱自在に装着可能な収容するホルダ６０とを備えている。基板５０は地板２０に対してネジ６７で複数箇所で固定されている。また、ホルダ６０は地板２０の左右両縁部２１を保持する。

この場合、図９から図１０に示すように、アンテナ・エレメント３０は、基板５０の底面（パッチアンテナ１０の誘電体１２の載置面の反対面）に導体パターンとして形成されている。アンテナ・エレメント３０は、基板５０及び地板２０と平行な面内で地板２０に形成された切欠２２と重なる位置に配置されている。なお、基板５０上面には誘電体１２の配置領域を含むように導電面の一例となるＧＮＤ導体パターン５２が形成されているが、アンテナ・エレメント３０は、ＧＮＤ導体パターン５２が無い上面の方形領域５３の裏側の領域に形成される。
アンテナ・エレメント３０は、例えば、Ｆ型形状であり、長エレメント部３０ａ及び短エレメント部３０ｂを有する。長エレメント部３０ａは、切欠２２の開口に臨む縁に近い（図示の場合、縁に沿った）配置であり、短エレメント部３０ｂは長エレメント部３０ａよりも内側に配置されている。アンテナ・エレメント３０の給電端となる一端は、基板５０の給電用導体パターン５１と導通し、基板５０の底面に固定されたコネクタ５５の端子に電気的に接続される。パッチアンテナ１０の受信信号もコネクタ５５の他の端子に導出されている。この結果、パッチアンテナ１０及びアンテナ・エレメント３０は、コネクタ５５を介して車内の電子機器に電気的に接続される。なお、その他の構成は実施の形態１と同様である。

図６及び図７に示すように、ホルダ６０は、底面部６１と、底面部６１の縁から立ち上がった方形枠の一辺が無い形状（コ字形）の枠状部６２とを有し、枠状部６２の開口に向かって左右内面に形成された凸部６３と底面部６１間の溝部６４に地板２０の両縁部２１が挿入、保持される。ここで、図６において、枠状部６２の開口の幅方向を横方向、これに直交する方向を縦方向と定義したとき、地導体２０の横方向幅及び縦方向長さは、地導体２０が対面するホルダの底面部６１の横方向幅及び縦方向長さと略同じ大きさに設定されている。つまり、ホルダ６０は、パッチアンテナ１０及びアンテナ・エレメント３０を搭載した基板５０と、基板５０が固定された地板２０とを含むアンテナ装置本体部分を収容可能な形状、寸法に設定されている。ホルダ６０はインスツルメンツパネル内に固定される。

実施の形態５の構成によれば、前述の実施の形態１の効果に加えて、以下の効果を奏することができる。

（１）パッチアンテナ１０を搭載した基板５０にアンテナ・エレメント３０を導体パターンで形成しており、量産性に優れ、コスト面で有利である。

（２）地板２０の左右両縁部２１を残して切欠２２を形成したことで、左右両縁部２１をホルダ６０の保持に利用でき、充分な地板２０の側面長さ（縦方向長さ）を確保できるため、保持が確実となる。

（３）アンテナ・エレメント３０が、長エレメント部３０ａ及び短エレメント部３０ｂを有するＦ型形状である場合、２つの周波数帯での共振が可能で、広帯域化が可能となる。また、波長の長い周波数帯で共振する長エレメント部３０ａの方を切欠２２の開口に臨む縁に近い（図示の場合、縁に沿った）配置とすることで、地板２０が近接することによる影響をいっそう少なくすることができる。

（４）基板５０はネジ６７で地板２０に固定されるが、このとき、基板５０側のＧＮＤ導体パターン５２が地板２０に電気的に接続される。とくに、アンテナ・エレメント３０の給電点に近い位置でＧＮＤ導体パターン５２と地板２０との電気的接続をネジ６７で行うことで、ＧＮＤ導体パターン５２と地板２０間の電気的接続経路が長くなることを回避してアンテナ特性を向上させることが可能である。

以上、本発明は、広い面積の地板２０が必要な場合において、地板２０に対して実質的に平行なアンテナ・エレメント３０，４０と平行な偏波の電磁波を発生させるのに有効であるが、実施の形態１〜５の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。以下、変形例について触れる。

実施の形態１から実施の形態３では、アンテナ・エレメント３０がＬ型形状である場合を例示したが、水平偏波が発生可能であれば、Ｌ型形状に限定されず、実施の形態５のＦ型形状等としてもよい。

パッチアンテナ１０はＧＮＳＳ用に限らず、ＧＰＳなどの他の衛星用（例えば衛星放送受信等）に設置されていてもよい。

実施の形態６
図１１から図１４で本発明に係るアンテナ装置の実施の形態６を説明する。図１１は本実施の形態におけるアンテナ装置本体部分の外観斜視図である。本実施の形態のアンテナ装置６は、地板２０及び基板５０の形状・構造と、アンテナ・エレメント４２が実施の形態５のものと少し異なる。その他は実施の形態５と同じである。すなわち、本実施の形態におけるアンテナ装置６では、地板２０の左右両縁部２１が実施の形態５のものよりも短く、その分だけ凹状の切欠２２の面積が小さくなっている。左右両縁部２１には、図示しないアンテナカバーへの取付孔２８が設けられている。アンテナカバーが取り付けられたアンテナ装置本体部分は、ホルダ６０に挿入、保持される。アンテナ装置本体部分がホルダ６０に保持されたアンテナ装置６は、インスツルメンツパネル内に固定される。

また、地板２０の面と実質的に平行に固定される基板５０は、例えば矩形とその両端が略台形となる一体形状であり、一方の略台形の領域５４を除く部分に導電面であるＧＮＤ導体パターン５２が形成されている。ＧＮＤ導体パターン５２は地板２０と電気的に接続される。ＧＮＤ導体パターン５２の所定部位、例えば略中央部の面上には、誘電体１２を介してパッチアンテナ１０が設けられている。
基板５０の両端間の長さは、地板２０の同方向の長さとほぼ同じである。また、基板５０の略台形状の領域５４の先端部は、地板２０の左右両端部２１の先端部同士を結ぶ線上にある。

基板５０の一部である略台形の領域５４は切欠２２から露出する電波透過性の非導電面を形成しており、アンテナ・エレメント４２は、この非導電面に形成される導体パターンである。そのため、アンテナ・エレメント４２は、地板２０と実質的に平行の面内で地板２０と重ならない位置に設けられ、地板２０と平行の偏波を送信し又は受信する。このようなアンテナ・エレメント４２の構造例を図１２に示す。

図１２は図１１のアンテナ装置本体部分を下方（車両のアンテナ取付機構側）から見た平面図である。アンテナ・エレメント４２は、板状の導体パターンであるハイバンド部４２１とミアンダ状の導体パターンであるローバンド部４２２とを含む。
ローバンド部４２２は、その先端が開放端であり、その基端がハイバンド部４２１のうち給電端４２０に対して遠く離れた部分から延びる。ローバンド部４２２は、また、ＬＴＥのローバンド（６９９ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚ）の信号の送受信を可能にするサイズになるように、基板５０の外周に沿って、途中からエレメントが折れ曲がる部分（以下、「ターン」）の向きとエレメント長とを変えながら形成されている。
ハイバンド部４２１は、ＬＴＥのハイバンド（１７１０ＭＨｚ〜２６９０ＭＨｚ）の信号の送受信を可能にするサイズに設計されている。上述した給電用導体パターン５１には、ハイバンド部４２１の基端でもある給電端４２０が電気的に接続される（導通する）。
なお、ハイバンド部４２１は、ローバンド部４２２に比べて共振する周波数帯が高いので、相対的に地板２０の影響を受けにくい。このため、ハイバンド部４２１は、ローバンド部４２２よりも地板２０に近い位置に形成されている。

図１３はＶＳＷＲ特性図であり、縦軸はＶＳＷＲ、横軸は周波数（ＭＨｚ）である。図１３中、破線は地板２０をアンテナ装置６の地板２０と同様にした図２４のアンテナ装置のＶＳＷＲ特性例を示し、実線は本実施の形態のアンテナ装置６のＶＳＷＲ特性例を示す。図１３に示されるように、本実施の形態のアンテナ装置６（実線）の方が図２４のアンテナ装置（破線）よりもＬＴＥのハイバンド及びローバンドの全周波数帯にわたってＶＳＷＲが低くなることがわかる。

また、パッチアンテナ１０の周囲に、より面積の大きいＧＮＤ導体パターン５２が形成されていることから、パッチアンテナ１０のインピーダンス整合がとりやすくなり、ＶＳＷＲ特性も安定するほか、アンテナ・エレメント４２との距離がより長くなるので、アンテナ・エレメント４２との相互干渉も抑制される。

実施の形態７
図１４及び図１５で本発明に係るアンテナ装置の実施の形態７を説明する。図１４は図１１のアンテナ装置本体部分を下方（地板２０が設置される方向）から見た平面図であり、便宜上、地板２０が省略されている。本実施の形態のアンテナ装置７は、アンテナ・エレメント４３が基板５０のうち略台形の領域５４（切欠２２から露出する非導電面）に形成される点及びその形状が図１２に示したものと異なる点以外は、実施の形態６と同じである。

アンテナ・エレメント４３は、先端が開放端となる板状の導体パターンであるハイバンド部４３１と、同じく先端が開放端となるミアンダ状の導体パターンであるローバンド部４３２とを含む。それぞれの給電端４３０は共有されている。すなわち、ＧＮＤ導体パターン５８と非導通の給電用導体パターン５１には、ハイバンド部４３１の基端（給電端４３０）とローバンド部４３２の基端と一体の導体パターン（給電端４３０）とが電気的に接続される（導通する）。ＧＮＤ導体パターン５８は、略台形の領域５４の近くに形成されており、ＧＮＤ導体パターン５２とは別の導体パターンである。
ハイバンド部４３１は、ローバンド部４３２に比べて共振する周波数帯が高いので、相対的に地板２０の影響を受けにくい。このため、ハイバンド部４３１は、ローバンド部４３２よりも地板２０に近い位置に形成されている。
なお、図１４の例では、ハイバンド部４３１の基端から先端までの長さ（図１４中、左右方向の長さ）は、ローバンド部４３２の基端から先端までの長さ（図１４中、左右方向の長さ）よりも短いが、ＬＴＥのハイバンドにおいて共振するサイズであればよいので、常に図１４に示されるパターンにしなければならないものではない。

図１５はＶＳＷＲ特性図であり、縦軸はＶＳＷＲ、横軸は周波数（ＭＨｚ）である。図１５中、破線は実施の形態６のアンテナ装置６のＶＳＷＲ特性例を示し、実線は本実施の形態のアンテナ装置７のＶＳＷＲ特性例を示す。図１５に示すように、アンテナ装置７の方が実施の形態６のアンテナ装置６に比べてＬＴＥのローバンドにおいてＶＳＷＲが低くなり、かつ、ハイバンドにおいてＶＳＷＲの変動が小さくなることがわかる。

実施の形態８
図１６から図１９で本発明に係るアンテナ装置の実施の形態８を説明する。図１６は、図１１のアンテナ装置本体部分を下方（地板２０が設置される方向）から見た平面図であり、便宜上、地板２０が省略されている。本実施の形態のアンテナ装置８は、アンテナ・エレメント４４のハイバンド部４４１とローバンド部４４２のいずれもミアンダ形状のエレメントを含む点が実施の形態７と異なる。なお、ハイバンド部４４１とローバンド部４４２のそれぞれの給電端４４０は共有されている。

ローバンド部４４２は、基端のエレメントが、先端に向かう他のエレメントよりも相対的に面積の大きい板状であり、かつ、基端から先端に延びるエレメントがミアンダ状となる。この場合、ミアンダの最初のターンが給電端４４０及びＧＮＤ導体パターン５８から遠く離れた部分より始まる。また、先端に至る途中のエレメントのうち、ターンの部分の近くにハイバンド部４４１が存在しない区間では、ターンがハイバンド部４４１のターンと平行となる部分よりも下方（図１６の下方向）に長く延びる。そのため、ローバンド部４４２の基端から先端に向かう長さ（図１６の左右方向）を短くすることができる。
また、ローバンド部４４２の先端及び先端付近のターンの部分はハイバンド部４４１のエレメントの幅（図１６の上下方向の幅）を超えない。つまり、ミアンダ状のエレメントの各ターンの部分や先端とＧＮＤ導体パターン５８との距離がハイバンド部４４１よりも常に長くなる。そのため、ＬＴＥのローバンドにおいてＶＳＷＲが実用レベルまで低い周波数の範囲の狭帯域化を抑制することができる。

図１７にＶＳＷＲ特性図を示す。縦軸はＶＳＷＲ、横軸は周波数（ＭＨｚ）である。図１７中、破線は実施の形態７のアンテナ装置７のＶＳＷＲ特性例であり、実線は本実施の形態のアンテナ装置８のＶＳＷＲ特性例である。図１７に示されるように、実施の形態８の場合、ＬＴＥのローバンドにおけるＶＳＷＲが全体的にアンテナ装置７の場合よりも低くなり、ＬＴＥのハイバンドにおいてもＶＳＷＲが急激に変化する現象が緩和されることがわかる。

ハイバンド部４４１及びローバンド部４４２のミアンダ形状の導体パターンは、本実施の形態において説明した例に限定されず、ＬＴＥの周波数帯で共振する限りにおいて任意に変形が可能である。例えば図１８に示すアンテナ装置８’の導体パターンであってもよい。図１８に示す例では、ハイバンド部４５１の基端から先端までの長さが図１６に示したものよりも短く、かつ、その先端が基端の高さ（図１８の上下方向）よりも低く形成されている。また、ローバンド部４５２は、その基端の面積が図１６に示す例よりも大きく、その分、ミアンダのターン数が図１６に示す例より少なくなっている。ローバンド部４５２は、基端から先端に延びるエレメントの最初のターンが給電端４５０及びＧＮＤ導体パターン５１に最も近い部分より始まる。なお、ハイバンド部４５１とローバンド部４５２のそれぞれの給電端４５０は共有されている。
この場合のＶＳＷＲ特性を図１９に示す。図１９中、破線は図１６に示したアンテナ・エレメント４４を有するアンテナ装置８のＶＳＷＲ特性例であり、実線は図１８に示したアンテナ・エレメント４５を有するアンテナ装置８’のＶＳＷＲ特性例である。図１９に示されるように、アンテナ装置８’の場合、ＬＴＥのローバンドのうち９００ＭＨｚを超える周波数帯域でのＶＳＷＲがより低く、広帯域化が図れることがわかる。

なお、図１６及び図１８の例では、ローバンド部４４２，４５２の先端付近のターンの位置がハイバンド部４４１，４５１の幅（図中の上下方向）を超えないが、その位置がハイバンド部４４１，４５１の幅を超えてＧＮＤ導体パターン５８に近づくと、ＬＴＥのローバンドのうちＬＴＥのローバンドにおいてＶＳＷＲを良好に維持できる範囲が急激に狭くなることが判明している。

実施の形態９
図２０Ａ，図２０Ｂで本発明に係るアンテナ装置の実施の形態９を説明する。図２０Ａは、図１１のアンテナ装置本体部分を下方（地板２０が設置される方向）から見た平面図であり、図２０Ｂは図１１のアンテナ装置本体部分を上方（図２０Ａの裏側）から見た平面図である。本実施の形態のアンテナ装置９は、アンテナ・エレメント４６の形状とその形成位置が実施の形態８と異なる。

本実施の形態のアンテナ装置９は、アンテナ・エレメント４６が、基板５０における略台形の領域５４の表面の非導電面に形成され、当該領域５４の裏面に形成された給電用導体パターン５１とスルーホールで電気的に接続される（導通する）。ハイバンド部４６１は、ＧＮＤ導体パターン５２の外縁の形状に沿い、かつ、外縁から一定の距離をおいて形成される。すなわち、ＧＮＤ導体パターン５２の外縁がアンテナ・エレメント４６の方向に突出する区間ではハイバンド部４６１の基端から延びるエレメントが直線状であり、ＧＮＤ導体パターン５２の外縁がアンテナ・エレメント４６から遠ざかった区間でミアンダ状となり、先端は基端と同じ高さ（図２０Ｂの上下方向）となる。そのため、図１４，図１６，図１８に示したハイバンド部４３１，４４１，４５１に比べて、ＧＮＤ導体パターン５２、５８及び地板２０の影響を受けにくくなり、ＬＴＥのハイバンドでのＶＳＷＲが低くなる。また、ＶＳＷＲの変動が緩和されるほか、水平偏波の平均利得の向上が図れる効果がある。

一方、ローバンド部４６２は、基端の部分が、先端に向かう他のエレメントよりも相対的に面積の大きい板状である。また、先端に至る途中のエレメントのうち、ミアンダのターンの部分の近くにハイバンド部４６１が存在しない区間では、ターンがハイバンド部４６１のものと平行になる区間よりもターン長（図２０Ｂの下方向に向かう長さ）が長くなる。そのため、ローバンド部４６２の基端から延びる長さ（図２０Ｂの左右方向）を短くすることができる。また、ローバンド部４６２のどのターンの部分も、ハイバンド部４６１のうちＧＮＤ導体パターン５２から最も離れたエレメントよりもＧＮＤ導体パターン５２に向けて延びることがない。そのため、ＧＮＤ導体パターン５２，５８及び地板２０の影響を受けにくくなり、ＬＴＥのローバンドでのＶＳＷＲが低くなる。また、ＶＳＷＲの変動が緩和されるほか、水平偏波の平均利得の向上が図れる効果がある。
なお、ハイバンド部４６１とローバンド部４６２のそれぞれの給電端４６０は共有されている。

基板５０の非導電面は電波透過性なので、アンテナ・エレメント４６が形成されている基板５０の表面（パッチアンテナ１０が設けられている面）において電波の送信又は受信が可能となる。そして、ＬＴＥのローバンド及びハイバンドにおける平均利得が高まる。

実施の形態のアンテナ装置９の地板２０、アンテナ・エレメント４６、基板５０、ＧＮＤ導体パターン５２，５８が大地に対して平行となるように配置し、動作のシミュレーションを行ったときの平均利得特性図を図２１Ａ及び図２１Ｂに示す。この場合、アンテナ・エレメント４６で送信又は受信する電波は水平偏波となる。図２１ＡはＬＴＥのローバンドにおける水平面の水平偏波の平均利得特性例、図２１ＢはＬＴＥのハイバンドにおける水平面の水平偏波の平均利得特性例である。これらの図において、縦軸は水平偏波の平均利得（ｄＢｉ）、横軸は周波数（ＭＨｚ）である。また、破線は基板５０の裏面、すなわち図２０Ａに示される領域５４にアンテナ・エレメント４６を形成したときの平均利得特性例を示し、実線は本実施の形態のアンテナ装置９における平均利得特性例を示す。
本実施の形態のように、アンテナ・エレメント４６を基板５０の表面に形成した方が、ほとんどの周波数帯においても平均利得が高くなっていることがわかる。
また、ローバンドでは８１０ＭＨｚ前後、ハイバンドでは１７６０ＭＨｚ前後で、表面及び裏面とも、他の周波数帯よりも平均利得が高くなっている。

１，２，３，４，５，６，７，８，８’，９ アンテナ装置
１０ パッチアンテナ
１２ 誘電体
１５ ＬＮＡ基板
１６，１７，３０，４０，４２，４３，４５，４６ アンテナ・エレメント
２０ 地板
２１，２３ 縁部
２２，２４ 切欠
５０ 基板
５５ コネクタ
６０ ホルダ

Claims (14)

1. 車両に搭載されるアンテナ装置であって、
   面状の地導体と、
   前記地導体と実質的に平行の面内で前記地導体と重ならない位置に設けられ、前記地導体と平行の偏波を送信し又は受信する共振型のアンテナ・エレメントと、
   を備えることを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記地導体の一部が切り欠かれており、
   前記アンテナ・エレメントは、前記切り欠かれた部分に設けられることを特徴とする
   請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記地導体の面上に固定された基板をさらに備え、
   前記基板の一部の面及びその裏面は前記切り欠かれた部分から露出する非導電面であり、
   前記アンテナ・エレメントは、前記非導電面に形成されている導体パターンであることを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 前記基板の一部の面は前記地導体と導通する導電面であり、
   前記基板には前記導電面と非導通の給電導体パターンが形成されており、
   前記アンテナ・エレメントの給電端が前記給電導体パターンと導通することを特徴とする請求項３に記載のアンテナ装置。
5. 前記アンテナ・エレメントは複数の端部を有しており、
   いずれかの前記端部が前記導電面と導通し、他の前記端部の一つが給電端であることを特徴とする請求項４に記載のアンテナ装置。
6. 前記アンテナ・エレメントは複数の端部を有しており、
   いずれかの前記端部が前記給電導体パターンと導通し、他の前記端部が開放端であることを特徴とする請求項４に記載のアンテナ装置。
7. 前記アンテナ・エレメントは、少なくとも一部がミアンダ形状であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
8. 前記アンテナ・エレメントは、ＬＴＥのハイバンド用のハイバンド部と前記ＬＴＥのローバンド用のローバンド部とを含み、
   前記ハイバンド部は板状であり、
   前記ローバンド部は前記ハイバンド部から延びるミアンダ形状であることを特徴とする
   請求項７に記載のアンテナ装置。
9. 前記アンテナ・エレメントは、ＬＴＥのハイバンド用のハイバンド部と前記ＬＴＥのローバンド用のローバンド部とを含み、
   前記ハイバンド部は板状であり、
   前記ローバンド部の少なくとも一部はミアンダ形状であり、
   前記ローバンド部と前記ハイバンド部は給電端を共有することを特徴とする
   請求項７に記載のアンテナ装置。
10. 前記アンテナ・エレメントは、ＬＴＥのハイバンド用のハイバンド部と前記ＬＴＥのローバンド用のローバンド部とを含み、
    前記ハイバンド部と前記ローバンド部は、それぞれ、少なくとも一部がミアンダ形状であり、給電端を共有することを特徴とする請求項７に記載のアンテナ装置。
11. 前記ハイバンド部と前記ローバンド部は、それぞれ、その先端が前記給電端から略平行に配置され、かつ、前記ローバンド部が前記ハイバンド部よりも前記地導体と導通する面部から遠く配置されていることを特徴とする請求項９又は１０に記載のアンテナ装置。
12. 前記ローバンド部のミアンダ状のエレメントは前記ハイバンド部から最も近い部位からターンを開始することを特徴とする請求項１１に記載のアンテナ装置。
13. 前記導電面のいずれかの部分に誘電体を介してパッチアンテナが設けられていることを特徴とする請求項４から１２のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
14. 前記基板と前記地導体とを含むアンテナ装置本体部分を収容し、かつ前記車両に設けられたアンテナ取付機構へ離脱自在に装着可能なホルダをさらに備え、
    前記ホルダは、その底面部が前記地導体と対面しており、
    前記地導体の横幅及び縦方向長さが、前記ホルダの底面部の横幅及び縦方向長さと略同じ大きさであることを特徴とする
    請求項１から１３のいずれか一項に記載のアンテナ装置。

Images