WO2005117204A1

WO2005117204A1 - アンテナ装置

Info

Publication number: WO2005117204A1
Application number: PCT/JP2005/008920
Authority: WO
Inventors: Hiroyuki Uno; Yutaka Saito; Genichiro Ota; Yoshio Koyanagi; Kiyoshi Egawa
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2004-05-27
Filing date: 2005-05-16
Publication date: 2005-12-08
Also published as: JP2006014272A

Abstract

　小型な平面構造で、かつ生産性に優れ、鉛直方向から水平方向にチルトした主ビームを形成することのできるアンテナ装置。この装置では、基板（１０８）の表面に銅箔を切削して形成され、平行に配置された２つのスロット素子（１０９ａ）及び（１０９ｂ）と、基板（１０８）の裏面に銅箔で形成されたマイクロストリップライン（１１０ａ）及び（１１０ｂ）から構成されたアンテナ（１０５）を、金属材料で形成されたミラー（１０４）から間隔ｈを隔ててミラーケース（１０３）内部の底面に配置する。スロット素子（１０９ａ）及び（１０９ｂ）は、Ｔ分岐回路を構成するマイクロストリップライン（１１０ａ）及び（１１０ｂ）により位相差が生じて励振され、反射板として動作するミラー（１０４）の影響で基板（１０８）面の垂直方向から面方向へチルトしたビームが形成される。

Description

明細書

アンテナ装置

技術分野

[0001] 本発明は、自動車に搭載して無線アクセスシステムなどの路車間通信をするための車両搭載用アンテナ装置及びモパイルカード端末に搭載されるモパイル端末用アンテナ装置に関する。

背景技術

[0002] 無線アクセスシステムなどの路車間通信においては、一般的に屋外の電波伝搬環境では電波到来方向は水平方向となることから、車両に搭載される端末局のアンテナの指向性としては水平方向に最大利得が向、て、ることが求められる。

[0003] また、自動車にお!、ては、車室外と通信を行うものとして、 ETC (Electronic Toll し ollection)や VIし； 5 (Vehicle Information ana Communication system)など力 ²¹めり、これらに対応した複数のアンテナが必要となってくる。このため、車両搭載用アンテナ装置としては、車室内の美観を損なわないような小型なアンテナであることが望ましい

[0004] これまで、この種のアンテナとして、逆 Fアンテナ（平衡給電型板状逆 Fアンテナ）が提案されている（例えば、特許文献 1参照)。この逆 Fアンテナは、互いに所定の間隔を置いて面対向して平行に配置された 2枚のプレートと、前記プレートの端部に垂直に配置された垂直整合板と、前記垂直整合板と平行で前記プレートの中間部に互ヽに対向方向に垂直に配置された垂直給電部とから構成される。このような構成の逆 F アンテナは、接地導体板を使用しない平衡型アンテナとして動作するので、水平方向にピーク利得を持つとともに、小型にすることができる。また、この逆 Fアンテナは、自動車のルームミラーの裏側に設置することで、水平面内は実質的に無指向性とすることがでさる。

[0005] また、この種の他のアンテナとして、ルームミラーのステ一に凹部を設けてアンテナを内蔵し、アンテナの取付角度を調整できる角度調整機構を設けたものが提案されている（例えば、特許文献 2参照)。このような構成のルームミラー内蔵アンテナは、受信感度の良い方向へアンテナを向けることができ、安定した通信を行うことができる。

[0006] 一方で、上記路車間通信以外で無線 LANなどの屋内通信にぉ、ては、例えば、ノートパソコンに挿入して使用されるモパイルカード端末を用いた無線通信が考えられる。この場合、モパイルカード端末に搭載されるアンテナとしては、生産性や持ち運びの観点力平面構造であることが望ま、。

[0007] また、一般にノートパソコンは机上において使用されることを考えると、モバイルカ一ド端末の平面アンテナが実装される面は天井方向に向けられるため、アンテナの指向性としては天井方向から水平方向へチルトした (傾いた)方向に最大利得が向いていることが求められる。

[0008] これまで、この種のアンテナとして、ノツチ八木 ·宇田アレーアンテナが提案されている（例えば、特許文献 3参照)。このアンテナは、給電素子であるパッチアンテナに隣接して無給電パッチ素子を複数配置することで、八木 ·宇田アレーとして動作する。このとき、垂直面の仰角 Θ力 60度の方向に主ビームが形成される。

特許文献 1：特開平 8 - 237019号公報

特許文献 2 :特開 2002— 337612号公報

特許文献 3 :特開 2003— 142919号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0009] し力しながら、特許文献 1記載の逆 Fアンテナは、立体的で複雑な構成であることから、アンテナ装置の製造が困難であるという問題がある。また、特許文献 1に記載の逆 Fアンテナは、水平方向にピーク利得がある 8の字の放射パターンであり、さらに水平面において無指向性である。このため、特許文献 1記載の逆 Fアンテナは、路側との通信を行う方向以外にも指向性が向けられていることから、マルチパス波の影響を受けやすぐ通信品質が劣化しやすいという問題がある。

[0010] また、特許文献 2記載のルームミラー内蔵アンテナは、アンテナの取付角度を調整することでアンテナの最大放射方向を水平方向に向けることはできる力アンテナの取付角度を調整するための角度調整機構が必要であることから、構造が複雑となり、生産性が低下すると、う問題がある。 [0011] また、特許文献 3記載のパッチ八木 ·宇田アレーアンテナは、アンテナ素子として一辺が約 1Z2波長のパッチを複数用いて、るため、平面寸法が大きくなると!/、う問題がある。

[0012] 本発明の目的は、小型な平面構造で、かつ生産性に優れ、鉛直方向から水平方向にチルトした主ビームを形成することのできるアンテナ装置を提供することである。課題を解決するための手段

[0013] 本発明のアンテナ装置は、使用周波数の略 1Z2波長の電気長を有する第 1スロット素子と、使用周波数の略 1Z2波長の電気長を有し、前記第 1スロット素子と所定の間隔を隔てて略平行に導体板に配置された第 2スロット素子と、前記導体板と略 1Z 4波長から略 1Z2波長以内の間隔を隔てて前記導体板と略平行に配置された反射板と、分岐点を有し、当該分岐点から前記第 1スロット素子と前記第 2スロット素子までの電気長が異なり、前記第 1スロット素子と前記第 2スロット素子とに電力を分配して給電する第 1給電線路と、分岐点を有し、当該分岐点から前記第 1スロット素子と前記第 2スロット素子までの電気長が前記第 1給電線路における分岐点から前記第 1スロット素子と前記第 2スロット素子までの電気長と異なり、前記第 1スロット素子と前記第 2スロット素子とに電力を分配する第 2給電線路と、前記第 1給電線路又は前記第 2給電線路のいずれか一方を給電点に選択的に接続し、他方を開放する切り替えを行う切替手段と、を具備する。

発明の効果

[0014] 本発明によれば、小型な平面構造で、かつ生産性に優れ、鉛直方向から水平方向にチルトした主ビームを形成することができる。

図面の簡単な説明

[0015] [図 1A]本発明の実施の形態 1に係る車両搭載用アンテナ装置の実装構造を示す概略斜視図

[図 1B]図 1Aに示した車両搭載用アンテナ装置の実装構造を示す分解斜視図

[図 2]図 1A, Bに示した車両搭載用アンテナ装置の設置状態を示す概略側面図 [図 3A]図 1A, Bに示した車両搭載用アンテナ装置のアンテナの表面図

[図 3B]図 3Aに示したアンテナの裏面図 [図 4A]図 1A, Bに示した車両搭載用アンテナ装置の指向性を示すグラフ

[図 4B]図 1A, Bに示した車両搭載用アンテナ装置の他の指向性を示すグラフ圆 5A]本発明の実施の形態 1に係る他の車両搭載用アンテナ装置の実装構造を示す概略斜視図

園 5B]図 5Aに示した他の車両搭載用アンテナ装置の実装構造を示す分解斜視図 [図 6A]図 5A, Bに示した車両搭載用アンテナ装置のアンテナの表面図

[図 6B]図 6Aに示したアンテナの裏面図

[図 7A]図 5 A, Bに示した車両搭載用アンテナ装置の指向性を示すグラフ

[図 7B]図 5 A, Bに示した車両搭載用アンテナ装置の他の指向性を示すグラフ圆 8A]本発明の実施の形態 2に係る車両搭載用アンテナ装置の実装構造を示す概略斜視図

園 8B]図 8Aに示した車両搭載用アンテナ装置の実装構造を示す分解斜視図 [図 9]図 8A, Bに示した車両搭載用アンテナ装置の設置状態を示す概略側面図 [図 10A]図 8A, Bに示した車両搭載用アンテナ装置の指向性を示すグラフ

[図 10B]図 8A, Bに示した車両搭載用アンテナ装置の他の指向性を示すグラフ圆 11]本発明の実施の形態 3に係る車両搭載用アンテナ装置の実装構造を示す分解斜視図

[図 12A]図 11に示した車両搭載用アンテナ装置のアンテナの表面図

[図 12B]図 12Aに示したアンテナの裏面図

圆 13A]図 11に示した車両搭載用アンテナ装置の指向性を示すグラフ

[図 13B]図 11に示した車両搭載用アンテナ装置の他の指向性を示すグラフ圆 14A]本発明の実施の形態 3に係る他の車両搭載用アンテナ装置の実装構造を示す概略斜視図

園 14B]図 14Aに示した他の車両搭載用アンテナ装置の実装構造を示す分解斜視図

[図 15A]本発明の実施の形態 4に係る車両搭載用アンテナ装置の実装構造を示す概略斜視図

圆 15B]図 15Aに示した車両搭載用アンテナ装置の実装構造を示す分解斜視図 [図 16A]図 15A, Bに示した車両搭載用アンテナ装置のアンテナの表面図

[図 16B]図 16Aに示したアンテナの裏面図

[図 17A]図 15 A, Bに示した車両搭載用アンテナ装置の指向性のイメージを示す車両の概略側面図

[図 17B]図 15 A, Bに示した車両搭載用アンテナ装置の指向性のイメージを示す車両の概略平面図

[図 18A]本発明の実施の形態 4に係る他の車両搭載用アンテナ装置の指向性のィメージを示す車両の概略側面図

[図 18B]本発明の実施の形態 4に係る他の車両搭載用アンテナ装置の指向性のィメージを示す車両の概略平面図

[図 19A]本発明の実施の形態 5に係る車両搭載用アンテナ装置の実装構造を示す概略斜視図

[図 19B]図 19Aに示した車両搭載用アンテナ装置の実装構造を示す分解斜視図 [図 20A]本発明の実施の形態 5に係る他の車両搭載用アンテナ装置の実装構造を示す概略斜視図

[図 20B]図 20Aに示した他の車両搭載用アンテナ装置の実装構造を示す分解斜視図

[図 21A]本発明の実施の形態 6に係るモパイル端末用アンテナ装置の実装構造を示す概略斜視図

[図 21B]図 21Aに示したモパイル端末用アンテナ装置の実装構造を示す詳細図 [図 22A]図 21A, Bに示したモパイル端末用アンテナ装置の垂直 (XZ)面指向性を示すグラフ

[図 22B]図 21A, Bに示したモパイル端末用アンテナ装置の垂直 (YZ)面指向性を示すグラフ

発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施の形態に係るアンテナ装置について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一の構成または機能を有する構成要素及び相当部分には、同一の符号を付してその説明は繰り返さない。 [0017] (実施の形態 1)

本発明の実施の形態 1に係る車両搭載用アンテナ装置を図 1から図 7を用いて説明する。図 1Aは、本発明の実施の形態 1に係る車両搭載用アンテナ装置の実装構造を示す概略斜視図、図 1Bは、前記車両搭載用アンテナ装置の実装構造を示す分解斜視図である。図 2は、本発明の実施の形態 1に係る車両搭載用アンテナ装置の設置状態を示す概略側面図である。

[0018] 図 1A, B及び図 2に示すように、本発明の実施の形態 1に係る車両搭載用アンテナ装置は、ルームミラー 101にアンテナ 105を配設した構成を有している。

[0019] 図 1及び図 2において、ルームミラー 101は、支持ステー 102、ミラーケース 103、ミラー 104から構成されている。支持ステー 102は、例えば、フロントガラス近傍の車室内の天井 107に固定されている。ミラーケース 103は、一般的に榭脂で形成された凹型形状の構造で、支持ステー 102により支持されている。ミラー 104は、例えば、ステンレスなどの金属材料で形成されており、ミラーケース 103の凹部を覆うようにミラーケース 103に取り付けられている。

[0020] アンテナ 105は、図 2に示すように、ミラーケース 103内部の底面に、ミラー 104から間隔 hを隔てた位置に配置されている。このアンテナ 105は、例えば、マイクロストリツプラインや同軸線路などにより送受信回路 106に接続されている。

[0021] 送受信回路 106は、変復調部や制御部などにより構成されており、アンテナ 105と同様にミラーケース 103内部の底面に配置されている。また、図示はしていないが、送受信回路 106には、ケーブルや Bluetoothなどの無線通信手段を介してナビゲーシヨン装置や情報通信端末などが接続される。

[0022] 次に、図 3を用いてアンテナ 105の構成を詳細に説明する。図 3Aは、本実施の形態 1に係る車両搭載用アンテナ装置のアンテナの表面図、図 3Bは、前記アンテナの裏面図である。ここでは、アンテナ 105の動作周波数を 5GHzとして説明する。

[0023] 図 3A, Bにおいて、アンテナ 105は、例えば、基板 108の表面に銅箔を切削して形成された 2つのスロット素子 109a及び 109bと、基板 108の裏面に銅箔で形成されたマイクロストリップライン 110a及び 110bとから構成される。

[0024] 基板 108は、比誘電率 ε rが例えば 2. 6で、厚さが 1. 6mmである両面銅張誘電体基板であり、寸法は 46mm X 46mm (0. 77波長 X O. 77波長）であり、ミラーケース 1 03に内蔵可能な大きさに形成されている。スロット素子 109a及び 109bは、例えば、長さが 18. 5mm (約 0. 5波長）、幅が lmmであり、素子間隔 dを 20mmとして平行に配置される。

[0025] マイクロストリップライン 110a及び 110bは、 T字型の分岐回路を構成しており、マイクロストリップライン 110bはスロット素子 109a及び 109bのほぼ中央を通過するように配置される。このように構成することにより、マイクロストリップライン 110bとスロット素子 109a及び 109bは、電磁界的に結合される。このとき、マイクロストリップライン 110b の先端からスロット素子 109a及び 109bとの結合部までの長さを調整することで、インピーダンス整合をとることができる。

[0026] 次に、上述した構成を有するアンテナ 105の送信時の動作について説明する。送受信回路 106から出力された信号は、マイクロストリップライン 110a及び 110bを介して、スロット素子 109a及び 109bに入力される。マイクロストリップライン 110aは、マイクロストリップライン 110bの中央力も距離 sずらして接続されている。これにより、スロット素子 109aとスロット素子 109bとは、位相差が生じて励振される。例えば、図 3Bにおいて、距離 sを 4. 5mmに設定すると、スロット素子 109aはスロット素子 109bに比ベて位相が約 100度進んで励振される。

[0027] アンテナ 105は、ミラー 104から間隔 h、例えば 15mmだけ離れて配置されている。

これにより、ミラー 104は反射板として動作する。従って、本実施の形態 1に係る車両搭載用アンテナ装置においては、反射板の効果を写像の原理によりモデルィ匕し、ィメージ波源からの放射とスロット素子 109a及び 109b力もの放射を合成することにより、 +Z方向から一 Y側へ 30度チルトした方向に主ビームが形成されることになる。

[0028] ここで、ミラーケース 103及びミラー 104を含めたルームミラー 101のミラー部は、角度 αだけ傾いて設置されている。このミラー部の角度 αを 30度程度と仮定すると、ミラーケース 103に内蔵されたアンテナ 105の主ビームは、車両前方の水平方向に向けられることになる。

[0029] 図 4Α, Βは、本発明の実施の形態 1に係る車両搭載用アンテナ装置の指向性を示すグラフであって、アンテナ 105とミラー 104との間隔 hを 15mmとしたときの指向性を示している。また、図 4Aは、垂直 (YZ)面の指向性、図 4Bは、仰角 Θが 30度における円錐面の指向性を示して、る。

[0030] 図 4Aにおいて、指向性 111は、垂直偏波 E Θ成分の指向性を示しており、仰角 Θ 力 S30度の方向へチルトした主ビームが得られていることが確認できる。また、図 4Bにおいて、指向性 112は、指向性 111と同様に垂直偏波 E Θ成分の指向性を示しており、主ビームが一 Y方向へ向いていることが確認できる。このとき、主ビームの指向性利得は 9. 2dBi、円錐面パターンの半値角は 95度、 FZB比は 10dBである。

[0031] 以上のように、本実施の形態 1に係る車両搭載用アンテナ装置によれば、 2つのスロット素子 109a及び 109bで構成されたビーム傾斜型のアンテナ 105をルームミラー 101のミラーケース 103の内部にミラー 104から所定の間隔 hを隔てて配置することで、車両前方との路車間通信に適した水平方向の主ビームを有した小型で平面な構成のルームミラー内蔵アンテナを実現することができる。

[0032] なお、本実施の形態 1に係る車両搭載用アンテナ装置では、 2つのスロット素子 10 9a及び 109bを所定の間隔 hを隔てて位相差給電するアンテナ構成について説明した力図 5A, Bに示すような迂回素子 115a及び 115bを有したループ構造のアンテナ構成としても同様な効果が得られる。

[0033] 次に、この図 5A, Bに示す車両搭載用アンテナ装置について説明する。図 5Aは、本発明の実施の形態 1に係る他の車両搭載用アンテナ装置の実装構造を示す概略斜視図、図 5Bは、前記他の車両搭載用アンテナ装置の実装構造を示す分解斜視図である。図 6Aは、図 5A, Bに示した車両搭載用アンテナ装置のアンテナの表面図、図 6Bは、前記アンテナの裏面図である。

[0034] 図 5A, Bに示す車両搭載用アンテナ装置のアンテナ 113は、図 6A, Bに示すように、一辺が約 3分の 1波長の矩形状のループ素子 114の一組の頂点に全長が約 4分の 1波長の迂回素子 115a及び 115bが装荷された構成をして、る。アンテナ 113は、誘電体基板 108の裏面に形成されたマイクロストリップライン 116によってループ素子 114の迂回素子 115a及び 115bが装荷されて、な、頂点から電磁界結合によつて給電される。

[0035] 次に、上述した構成を有するアンテナ 113の送信時の動作について説明する。送受信回路 106から出力された信号は、マイクロストリップライン 116を介してループ素子 114に入力される。このとき、アンテナ 113は、迂回素子 115a及び 115bによりループ素子 114の迂回素子 115a及び 115bが装荷されて!、な!/、対向する頂点にお！ヽて電流振幅がピーク値をとり、それらのピーク点間において電流位相差が生じて励振される。また、アンテナ 113は、ミラー 104から所定の間隔を隔てて配置されることにより、ミラー 104は反射板として動作する。従って、反射板の効果を写像の原理によりモデル化し、イメージ波源からの放射とループ素子 114の頂点からの放射を合成することにより、 +Z方向から Y側へ 30度チルトした方向に主ビームが形成されることになる。

[0036] 図 7A, Bは、図 5A, Bに示した車両搭載用アンテナ装置の指向性を示すグラフであって、アンテナ 113とミラー 104との間隔を 15mmとしたときのアンテナ 113の指向性を示している。図 7Aにおいて、指向性 117は、垂直偏波 E Θ成分の指向性を示しており、図 4A, Bに示すアンテナ 105のときと同様に、仰角 Θ力 30度の方向へチルトした主ビームが得られていることが確認できる。また、図 7Bにおいて、指向性 118は、指向性 117と同様に垂直偏波 E Θ成分の指向性を示しており、主ビームが— Y方向へ向いていることが確認できる。このとき、主ビームの指向性利得は 8. 8dBi、円錐面パターンの半値角は 65度、 FZB比は 9dBである。

[0037] なお、本実施の形態 1に係る車両搭載用アンテナ装置では、ルームミラー 101のミラー部の傾斜角を 30度と仮定したため、ミラー 104からアンテナ 101, 113までの距離 hを 15mmとして説明した力距離 hを変化させることで主ビームのチルト角を変化させることができるので、主ビームが水平方向に放射されるようにルームミラー 101のミラー部の傾斜角に合わせて距離 hを設計すれば、同様の効果が得られる。

[0038] (実施の形態 2)

次に、本発明の実施の形態 2に係る車両搭載用アンテナ装置について図 8から図 1 0を用いて説明する。図 8Aは、本発明の実施の形態 2に係る車両搭載用アンテナ装置の実装構造を示す概略斜視図、図 8Bは、前記車両搭載用アンテナ装置の実装構造を示す分解斜視図である。図 8から図 10において、実施の形態 1に係る車両搭載用アンテナ装置と共通する構成要素には同一の符号を付し、その詳しい説明は省略する。

[0039] 本発明の実施の形態 2に係る車両搭載用アンテナ装置は、図 8A, B及び図 9に示すように、アンテナ 105をリアアンダーミラー 119に内蔵した構成を有している。リアァンダーミラー 119は、支持アーム 120、ミラーケース 121、ミラー 122から構成されている。

[0040] 図 8A, B及び図 9において、支持アーム 120は、車室後部のリアガラス 123あるいはルーフ 124に固定されている。ミラーケース 121は、一般的に榭脂で形成された凹型形状の構造で、支持アーム 120により支持されている。ミラー 122は、例えば、ステンレスなどの金属材料で形成されており、ミラーケース 121の凹部を覆うようにミラーケース 121に取り付けられている。このように構成されたリアアンダーミラー 119は、水平方向に対して角度 OCだけ傾ヽて設置される。

[0041] アンテナ 105は、ミラー 122から間隔 h離れたミラーケース 121内部の底面に配置される。アンテナ 105の構成については、実施の形態 1で示した構成と同様であるので、ここでの説明を省略する。

[0042] ここで、リアアンダーミラー 119の設置角度 aが 45度程度であると仮定すると、アンテナ 105の動作周波数を 5GHzとした場合、アンテナ 105とミラー 122の間隔 hを 25 mmに設定することでアンテナ 105の主ビームは +Z方向から—Y側へ 45度チルトした方向に形成される。これにより、アンテナ 105の主ビームは、車両後方の水平方向に向けられる。

[0043] 図 10は、 A, Bは、本発明の実施の形態 2に係る車両搭載用アンテナ装置の指向性を示すグラフであって、アンテナ 105とミラー 122との間隔 hを 25mmとしたときの指向性を示している。また、図 10Aは、垂直 (YZ)面の指向性、図 10Bは、仰角 Θが 45度における円錐面の指向性を示している。

[0044] 図 10Aにおいて、指向性 125は、垂直偏波 E Θ成分の指向性を示しており、仰角

Θ力 5度の方向へチルトした主ビームが得られていることが確認できる。また、図 10 Bにおいて、指向性 126は、指向性 125と同様に垂直偏波 E Θ成分の指向性を示しており、主ビームが Y方向へ向いていることが確認できる。このとき、主ビームの指向性利得は 10. 2dBi、円錐面パターンの半値角は 80度、 FZB比は 10dBである。 [0045] このように構成されたリアアンダーミラー 119に内蔵されたアンテナ 105と、実施の形態 1で説明したルームミラー 101に内蔵されたアンテナ 105とを組み合わせることで、車両の前方と後方において通信が可能となり、通信領域を拡大することができる。例えば、電柱に取り付けられた固定局との通信において、移動中の車両の前方に前記電柱があるときは、ルームミラー 101に内蔵されたアンテナ 105により通信が可能となり、移動中の車両の後方に前記電柱があるときは、リアアンダーミラー 119に内蔵されたアンテナ 105により通信が可能となる。

[0046] 以上のように、本実施の形態 2に係る車両搭載用アンテナ装置よれば、実施の形態 1で説明したアンテナ 105をリアアンダーミラー 119のミラーケース 121の内部に、ミラ一 122から所定の間隔 hを隔てて配置することで、車両後方との路車間通信に適した水平方向の主ビームを有した小型で平面な構成のリアアンダーミラー内蔵アンテナを実現することができる。

[0047] また、本実施の形態 2に係る車両搭載用アンテナ装置よれば、そのリアアンダーミラ一内蔵アンテナと、実施の形態 1に係る車両搭載用アンテナ装置で説明したルームミラー内蔵アンテナと、を組み合わせることで、車両の前方と後方において通信が可能となり、通信領域を拡大することができる。

[0048] なお、本実施の形態 2に係る車両搭載用アンテナ装置では、実施の形態 1に係る車両搭載用アンテナ装置と同じように、図 6に示すような迂回素子 115a, 115bを有したループ構造のアンテナを用いても同様な効果が得られる。

[0049] (実施の形態 3)

次に、本発明の実施の形態 3に係る車両搭載用アンテナ装置について図 11から図 14を用いて説明する。図 11は、本発明の実施の形態 3に係る他の車両搭載用アンテナ装置の実装構造を示す分解斜視図である。図 11から図 14において、実施の形態 1に係る車両搭載用アンテナ装置と共通する構成要素には同一の符号を付し、その詳しい説明は省略する。

[0050] 本発明の実施の形態 3に係る車両搭載用アンテナ装置は、ルームミラー 101にァンテナ 127を内蔵させた構成を有している。図 11及び図 12A, Bに示すように、アンテナ 127は、ミラー 104から間隔 hを隔ててミラーケース 103内部の底面に配置される。また、アンテナ 127は、高周波スィッチ 128を介して、送受信回路 106に接続される。高周波スィッチ 128は、例えば、 1つの入力端子と 2つの出力端子を有する SPDT ( Single Pole Double Throw)スィッチからなり、その入力端子が送受信回路 106に接続され、その出力端子がアンテナ 127に接続される。

[0051] 次に、図 12A, Bを用いてアンテナ 127の構成について説明する。図 12Aは、本発明の実施の形態 3に係る車両搭載用アンテナ装置のアンテナの表面図、図 12Bは、前記アンテナの裏面図である。なお、ここでは、実施の形態 1に係る車両搭載用アンテナ装置で説明したアンテナ 105と異なるマイクロストリップライン部分についてのみ説明する。また、アンテナ 127の動作周波数を 5GHzとして説明する。

[0052] 図 12A, B【こお!ヽて、マイクロス卜リップライン 129a, 129b, 129ciま、 π字型の分岐回路を構成している。マイクロストリップライン 129aは、マイクロストリップライン 129 cの中心からスロット素子 109a側に距離 sずらして接続され、マイクロストリップライン 1 29bは、スロット素子 109b側に距離 sずらして接続される。マイクロストリップ 129cは、スロット素子 109a及び 109bのほぼ中央を通過するように配置され、マイクロストリツプライン 129cとスロット素子 109a及び 109bとは、電磁界的に結合される。

[0053] 次に、上述のような構成を有するアンテナ 127において、高周波スィッチ 128により送受信回路 106とマイクロストリップライン 129aが接続された場合の動作について説明する。

[0054] 図 11及び図 12A, Bにおいて、送受信回路 106から出力された信号は、マイクロストリップライン 129a及び 129cを介して、スロット素子 109a及び 109bに入力される。マイクロストリップライン 129aは、マイクロストリップライン 129bの中央から距離 sずらして接続されていることにより、スロット素子 109aとスロット素子 109bとは位相差が生じて励振される。

[0055] このとき、高周波スィッチ 128のマイクロストリップライン 129bの端子がオープンと仮高周波スィッチ 128の端子までの長さを 2分の 1波長の整数倍とすることで、マイクロストリップライン 129bとマイクロストリップライン 129cとの接続部において、オープンとなり、マイクロストリップライン 129bの影響を無視することができる。 [0056] ここで、例えば、距離 sを 4. 5mmに設定すると、スロット素子 109aはスロット素子 10 9bに比べて位相が約 100度進んで励振されるため、反射板の効果を有するミラー 1 04の影響を考慮すると、 +Z方向から Y側へチルトした方向へ主ビームが形成されること〖こなる。

[0057] 同様に、高周波スィッチ 128により送受信回路 106とマイクロストリップライン 129b が接続された場合についても、マイクロストリップライン 129aとマイクロストリップライン 129cとの接続部力も高周波スィッチ 128の端子までの長さを 2分の 1波長の整数倍とすることで、スロット素子 109bはスロット素子 109aに比べて位相が進んで励振されるため、 +Z方向から +Y側へチルトした方向へ主ビームが形成されることになる。

[0058] ここで、ルームミラーの設置角度 aが 30度程度と仮定すると、マイクロストリップライン 129aから励振される場合、水平方向に主ビームが向けられ、マイクロストリップライン 129bから励振される場合、水平方向力も 60度上方に傾いた方向に主ビームが向けられる。従って、本実施の形態 3に係る車両搭載用アンテナ装置においては、受信感度が良好なビームを選択制御することで通信品質を向上することができる。

[0059] 図 13A, Bは、間隔 hが 15mmとしたときの指向性を示す図であって、図 13Aは、垂直 (YZ)面の指向性、図 13Bは、仰角 Θが 30度における円錐面の指向性を示している。

[0060] 図 13A, Bにおいて、指向'性 130a及び 131aは、マイクロストリップライン 129aから励振した場合の垂直偏波 E Θ成分の指向性を示しており、指向性 130b及び 131b は、マイクロストリップライン 129bから励振した場合の垂直偏波 E Θ成分の指向性を示している。これらの指向性から、仰角 Θが 30度の方向へチルトした主ビームが得られていることが確認でき、高周波スィッチ 128により主ビーム方向を切り替えることができると言える。このとき、主ビームの指向性利得は 9. 2dBi、円錐面パターンの半値角は 95度、 FZB比は 10dBである。

[0061] 上述のように、本実施の形態 3に係る車両搭載用アンテナ装置によれば、実施の形態 1に係る車両搭載用アンテナ装置で説明したルームミラー内蔵アンテナにビーム切替手段を設けて車両前方において水平方向と斜め上方向に主ビームを切り替えることで、通信品質を向上することができる。 [0062] なお、本実施の形態 3に係る車両搭載用アンテナ装置では、実施の形態 13に係る車両搭載用アンテナ装置と同じように、図 14A, Bに示すような迂回素子を有したループ構造のアンテナ 132を用いても同様な効果が得られる。このアンテナ 132は、ループ素子の対角の頂点に実装された 2つのマイクロストリップライン力電磁界結合によって給電され、マイクロストリップラインを高周波スィッチ 128によって切替励振することで、主ビーム方向を切り替えることができる。

[0063] (実施の形態 4)

次に、本発明の実施の形態 4に係る車両搭載用アンテナ装置について図 15から図 18を用いて説明する。図 15Aは、本発明の実施の形態 4に係る車両搭載用アンテナ装置の実装構造を示す概略斜視図、図 15Bは、前記車両搭載用アンテナ装置の実装構造を示す分解斜視図である。図 15から図 18において、実施の形態 1から実施の形態 3に係る車両搭載用アンテナ装置と共通する構成要素には同一の符号を付し、その詳しい説明は省略する。

[0064] 本実施の形態 4に係る車両搭載用アンテナ装置は、実施の形態 3に係る車両搭載用アンテナ装置のアンテナ 127をアンテナ 133に変更した構成をしているので、アンテナ 133の構成のみについて図 16A, Bを用いて詳細に説明する。ここでは、アンテナ 133の動作周波数を 5GHzとして説明する。

[0065] 図 16Aは、本発明の実施の形態 4に係る車両搭載用アンテナ装置のアンテナの表面図、図 16Bは、前記アンテナの裏面図である。本実施の形態 4に係る車両搭載用アンテナ装置のアンテナ 133は、実施の形態 3のアンテナ 127に 2つのスロット素子 1 34a及び 134bを追カ卩した構成を有している。

[0066] 図 16A, Bにおいて、スロット素子 134a及び 134bは、スロット素子 109a及び 109b と同様に、基板 108の表面に銅箔を切削し形成され、スロット素子 109a及び 109bと直交するように所定の間隔を隔てて配置されている。このとき、スロット素子 109a, 10 9b, 134a, 134bは、正方形状に配置される。

[0067] このアンテナ 133のマイクロストリップライン 135a, 135b, 135c, 135dは、基板 10 8の裏面に銅箔で形成される。マイクロストリップライン 135aは、スロット素子 109aと交差するように形成された L字型の銅箔パターンで、スロット素子 109aと電磁界的に結合されており、一端が高周波スィッチ 137aに接続されている。このアンテナ 133は、マイクロストリップライン 135aの開放端力スロット素子 109aとの結合部までの長さを調整することで、インピーダンス整合をとることができる。同様にして、マイクロストリップライン 135a, 135b, 135c, 135dは、スロット素子 109b, 134a及び 134bとそれぞれ交差するように形成された L字型の銅箔パターンで、スロット素子 109b、 134a 及び 134bと電磁界的に結合される。マイクロストリップライン 135cは、マイクロストリツプライン 135aと同様に、一端が高周波スィッチ 137aに接続され、マイクロストリップライン 135b及び 135dは、一端が高周波スィッチ 137bに接続されている。

[0068] マイクロストリップライン 136a, 136b, 136cは、実施の形態 3に係る車両搭載用ァンテナ装置のアンテナ 127のマイクロストリップライン 129a, 129b, 129cと同じように、 π字型の分岐回路を構成している。マイクロストリップライン 136aは、マイクロストリツプライン 136cの中心から高周波スィッチ 137a側に距離 sずらして接続され、マイクロストリップライン 136bは高周波スィッチ 137b側に距離 sずらして接続される。マイクロストリップ 136cの先端は、高周波スィッチ 137a及び 137bにそれぞれ接続される。

[0069] 高周波スィッチ 137a及び 137bは、例えば、 SPDTスィッチである。高周波スィッチ 137aの入力端子は、マイクロストリップライン 136c、出力端子は、マイクロストリップライン 135a及び 135cにそれぞれ接続されている。また、高周波スィッチ 137bの入力端子は、マイクロストリップライン 136c、出力端子は、マイクロストリップライン 135b及び 135dにそれぞれ接続されている。

[0070] 次に、上述した構成を有する本実施の形態 4に係る車両搭載用アンテナ装置の動作について説明する。以下、アンテナ 133の動作周波数を 5GHzとして説明する。

[0071] 図 16A, Bにおいて、まず、高周波スィッチ 137aは、マイクロストリップライン 135aとマイクロストリップライン 136cとが接続されるように、また高周波スィッチ 137bは、マイクロストリップライン 135bとマイクロストリップライン 136cとが接続されるように動作する場合は、実施の形態 3に係る車両搭載用アンテナ装置で説明した場合と同様に、スロット素子 109a及び 109bが励振される。高周波スィッチ 128により送受信回路 106 とマイクロストリップライン 136aが接続された場合について説明すると、マイクロストリップライン 136aは、マイクロストリップライン 136cの中央から距離 sずらして接続されているため、スロット素子 109aとスロット素子 109bとは位相差が生じて励振される。例えば、距離 sを 4. 5mmに設定すると、スロット素子 109aは、スロット素子 109bに比ベて位相が約 100度進んで励振されるため、 + Z方向から Y側へチルトした方向へ主ビームが形成されることになる。同様にして、高周波スィッチ 128により送受信回路 106とマイクロストリップライン 136bが接続された場合は、スロット素子 109bはスロット素子 109aに比べて位相が約 100度進んで励振されるため、 +Z方向から +Y側へチルトした方向へ主ビームが形成されることになる。

[0072] 次に、高周波スィッチ 137aは、マイクロストリップライン 135cとマイクロストリップライン 136cとが接続されるように、また高周波スィッチ 137bは、マイクロストリップライン 1 35dとマイクロストリップライン 136cとが接続されるように動作する場合について説明する。この場合、マイクロストリップライン 136a及び 136bが距離 sだけずらして接続されているため、スロット素子 34aとスロット素子 34bとは位相差が生じて励振される。高周波スィッチ 128により送受信回路 106とマイクロストリップライン 136aが接続された場合は、スロット素子 134aは、スロット素子 134bに比べて位相が約 100度進んで励振されるため、 +Z方向から X側へチルトした方向へ主ビームが形成され、高周波スィッチ 128により送受信回路 106とマイクロストリップライン 136bが接続された場合は、スロット素子 134bはスロット素子 134aに比べて位相が約 100度進んで励振されるため、 +Z方向から +X側へチルトした方向へ主ビームが形成される。

[0073] 上記のように構成することで、図 17A, Bに示すように、車両の上下方向及び横方向に主ビームを切り替えることが可能となる。図 17Aは、本発明の実施の形態 4に係る車両搭載用アンテナ装置の指向性のイメージを示す車両の概略側面図、図 17B は、前記車両搭載用アンテナ装置の指向性のイメージを示す車両の概略平面図である。

[0074] 図 17A, Bにおいて、指向性 138a及び 138bは、スロット素子 109a及び 109bを位相差給電した場合の指向性を示している。指向性 139a及び 13109bは、スロット素子 134a及び 134bを位相差給電した場合の指向性を示している。このように、指向性を車両前方において上下左右に切り替えることができるため、最適なビームを適宜選択することで通信品質を向上することができる。 [0075] また、上記構成のアンテナ 133を、図 18A, Bに示すように、リアアンダーミラー 140 に内蔵することで、 8方向のビーム切替が可能となり、通信品質を更に向上することができる。図 18Aは、本発明の実施の形態 4に係る他の車両搭載用アンテナ装置の指向性のイメージを示す車両の概略側面図、図 18Bは、前記他の車両搭載用アンテナ装置の指向性のイメージを示す車両の概略平面図である。

[0076] 以上のように、本実施の形態 4に係る車両搭載用アンテナ装置によれば、 4つのスロット素子を正方形状に配置し、対向する 2組のスロット素子にそれぞ; ^立相差をもたせて励振させることで、車両前方にぉ、て上下左右の 4方向にビームを形成することができる小型で平面な構成のルームミラーまたはリアアンダーミラー内蔵のアンテナを実現できる。

[0077] (実施の形態 5)

次に、本発明の実施の形態 5に係る車両搭載用アンテナ装置について図 19A, B 及び図 20A, Bを用いて説明する。図 19Aは、本発明の実施の形態 5に係る車両搭載用アンテナ装置の実装構造を示す概略斜視図、図 19Bは、前記車両搭載用アンテナ装置の実装構造を示す分解斜視図である。図 19A, B及び図 20A, Bにおいて、実施の形態 1から実施の形態 4に係る車両搭載用アンテナ装置と共通する構成要素には同一の符号を付し、その詳しい説明は省略する。

[0078] 図 19A, Bに示すように、本実施の形態 5に係る車両搭載用アンテナ装置は、実施の形態 1に係る車両搭載用アンテナ装置で説明したアンテナ 105が、所定の間隔を隔てて 2つ配置され、それぞれのアンテナ 105を高周波スィッチ 141で切り替えるように構成されている。

[0079] このように構成することで、本実施の形態 5に係る車両搭載用アンテナ装置においては、空間ダイバーシチの効果が得られ、通信品質を向上することができる。

[0080] また、図 20Aは、本発明の実施の形態 5に係る他の車両搭載用アンテナ装置の実装構造を示す概略斜視図、図 20Bは、前記他の車両搭載用アンテナ装置の実装構造を示す分解斜視図である。

[0081] 図 20A, Bに示す車両搭載用アンテナ装置は、実施の形態 4に係る車両搭載用ァンテナ装置で説明したアンテナ 133が、所定の間隔を隔てて 2つ配置され、それぞれのアンテナ 133を高周波スィッチ 128及び 141で切り替えるように構成されている。

[0082] このように構成することで、図 20A, Bに示す車両搭載用アンテナ装置においては、図 19A, Bに示した車両搭載用アンテナ装置と同様に、空間ダイバーシチの効果が得られ、通信品質を向上することができる。

[0083] 上述のように、本実施の形態 5に係る車両搭載用アンテナ装置によれば、 2つのァンテナをルームミラー内部に所定の間隔を隔てて配置して切り替える構造とすることで、空間ダイバーシチの効果を得られ、通信品質を向上することができる。

[0084] なお、本実施の形態 5に係る車両搭載用アンテナ装置では、スロット素子を位相差給電する方式の車両搭載用アンテナ装置として説明したが、図 5A, B及び図 14A, Bに示すような迂回素子を有したループアンテナとしても同様な効果が得られる。

[0085] また、本実施の形態 5に係る車両搭載用アンテナ装置では、同じ構成のアンテナを所定の間隔を隔てて配置した構成とした力一方をスロット素子構成、他方を線状素子構成とするようにしてもよい。このような構成の車両搭載用アンテナ装置においては、双対の原理力主偏波が異なるので、偏波ダイバーシチの効果も得ることができる。

[0086] また、本実施の形態 5に係る車両搭載用アンテナ装置では、ルームミラー内蔵アンテナの場合について説明したが、実施の形態 2に係る車両搭載用アンテナ装置に示すように、リアアンダーミラー 121に 2つのアンテナを内蔵させた構成としてもょ、。

[0087] (実施の形態 6)

次に、本発明の実施の形態 6に係るモパイル端末用アンテナ装置について図 21 A , Bを用いて説明する。図 21Aは、本発明の実施の形態 6に係るモパイル端末用アンテナ装置の実装構造を示す概略斜視図、図 21Bは、前記モパイル端末用アンテナ装置の実装構造を示す詳細図である。実施の形態 1から実施の形態 5に係る車両搭載用アンテナ装置と共通する構成要素には同一の符号を付し、その詳しい説明は省略する。ここでは、アンテナ 133の動作周波数を 25GHzとして説明する。

[0088] 図 21A, Bに示すように、本実施の形態 6に係るモパイル端末用アンテナ装置は、実施の形態 4に係る車両搭載用アンテナ装置で説明したアンテナ 133が、例えば、ノートパソコン 142の側面に形成されているカードスロットに挿入されるモパイルカード端末 143の表面に実装される。モパイルカード端末は、例えば、 PCMCIAカード、コンパクトフラッシュ (登録商標)カード、 SDカードである。このとき、モパイルカード端末 143の筐体下部は金属材料で形成された導体板 144であり、アンテナ 133との間隔 t は約 5mmに設定される。このため、導体板 144は反射板として動作し、実施の形態 4 で説明したように対向する 2組のスロット素子に位相差をもたせて励振させることで + Z側から水平方向へチルトした主ビームが形成される。

[0089] 上記のように構成することで、図 22A, Bに示すように、天井方向（+Z方向）から水平方向にチルトした主ビームが形成され、 4方向に主ビームを切り替えることが可能となる。図 22Aは、本発明の実施の形態 6に係るモノィル端末用アンテナ装置の垂直 (XZ)面指向性を示すグラフ、図 22Bは、垂直 (YZ)面指向性を示すグラフである。このように、指向性を 4方向に切り替えることができるため、最適なビームを適宜選択することで通信品質を向上することができる。

[0090] 上述のように、本実施の形態 6に係るモパイル端末用アンテナ装置によれば、筐体下部が導体板で形成されたモバイルカード端末の表面に 4つのスロット素子を正方形状に配置し、対向する 2組のスロット素子にそれぞれ位相差をもたせて励振させることで、天井方向力チルトした方向において 4方向にビームを形成することができる小型で平面な構成のモパイル端末内蔵のアンテナを実現できる。

[0091] なお、本実施の形態 6に係るモノィル端末用アンテナ装置では、スロット素子を位相差給電する方式の車両搭載用アンテナ装置として説明したが、図 5A, B及び図 1 4A, Bに示すような迂回素子を有したループアンテナを複数配列した構成としても同様な効果が得られる。

[0092] 本明細書は、 2004年 5月 27日出願の特願 2004— 158178及び 2005年 1月 28 日出願の特願 2005— 021671に基づくものである。これらの内容は全てここに含めておく。

産業上の利用可能性

[0093] 本発明に係るアンテナ装置は、小型な平面構造で、かつ生産性に優れ、鉛直方向力も水平方向にチルトした主ビームを形成することができ、路車間通信における車両搭載用アンテナ装置及び近距離通信におけるモパイル端末用アンテナ装置として有用である。

Claims

請求の範囲

[1] 使用周波数の略 1Z2波長の電気長を有する第 1スロット素子と、

使用周波数の略 1Z2波長の電気長を有し、前記第 1スロット素子と所定の間隔を隔てて略平行に導体板に配置された第 2スロット素子と、

前記導体板と略 1Z4波長から略 1Z2波長以内の間隔を隔てて前記導体板と略平行に配置された反射板と、

分岐点を有し、当該分岐点から前記第 1スロット素子と前記第 2スロット素子までの電気長が異なり、前記第 1スロット素子と前記第 2スロット素子とに電力を分配して給電する第 1給電線路と、

分岐点を有し、当該分岐点から前記第 1スロット素子と前記第 2スロット素子までの電気長が前記第 1給電線路における分岐点から前記第 1スロット素子と前記第 2スロット素子までの電気長と異なり、前記第 1スロット素子と前記第 2スロット素子とに電力を分配する第 2給電線路と、

前記第 1給電線路又は前記第 2給電線路のいずれか一方を給電点に選択的に接続し、他方を開放する切り替えを行う切替手段と、

を具備するアンテナ装置。

[2] 請求項 1に記載のアンテナ装置を具備するカード型端末無線機。

[3] 一面が金属材料によって形成され、他面に前記第 1スロット素子及び前記第 2スロット素子が設けられた請求項 2に記載のカード型端末無線機。

[4] 前記第 1スロット素子と直交するように形成された第 3スロット素子と、

前記第 3スロット素子と平行に形成された第 4スロット素子と、を具備する請求項 2に記載のカード型端末無線機。

[5] 前記第 1から第 4スロット素子によって矩形状のループアンテナが形成され、全長が使用周波数の略 4分の 1波長の迂回素子を対向する 2つの頂点に有する請求項 4に記載のカード型端末無線機。