WO2016174932A1 - アンテナ装置および姿勢算出装置 - Google Patents

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WO2016174932A1
WO2016174932A1 PCT/JP2016/057286 JP2016057286W WO2016174932A1 WO 2016174932 A1 WO2016174932 A1 WO 2016174932A1 JP 2016057286 W JP2016057286 W JP 2016057286W WO 2016174932 A1 WO2016174932 A1 WO 2016174932A1
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antenna
antenna device
antenna elements
base substrate
center
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PCT/JP2016/057286
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明大 肥野
Original Assignee
古野電気株式会社
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/14Determining absolute distances from a plurality of spaced points of known location
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/52Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart

Definitions

  • the present invention relates to an antenna device in which a plurality of antenna elements are arranged, and an attitude calculation device including the antenna device.
  • the attitude calculation device described in Patent Literature 1 includes a reference antenna element and other antenna elements.
  • the reference antenna elements and the other antenna elements are arranged in a predetermined arrangement pattern.
  • the attitude calculation apparatus described in Patent Literature 1 calculates an attitude using a difference in carrier phase of positioning signals received by these antenna elements.
  • the attitude calculation apparatus described in Patent Document 1 uses at least one antenna element that is a long base line with respect to a reference antenna element as an array pattern of antenna elements in order to improve attitude calculation accuracy. Therefore, it is not easy for the conventional posture calculation device as described in Patent Document 1 to downsize an antenna device including a plurality of antenna elements.
  • an object of the present invention is to provide a small antenna device in which an error of a carrier phase difference due to coupling between a plurality of antenna elements is suppressed, and an attitude calculation device including the antenna device.
  • the antenna device of the present invention includes a plurality of antenna elements, a base substrate, and a cut.
  • Each of the plurality of antenna elements is an individual circularly polarized antenna.
  • the base substrate has conductivity, and a plurality of antenna elements are arranged on the surface. The cut is provided between adjacent antenna elements on the base substrate.
  • the degree of electromagnetic coupling between adjacent antenna elements is adjusted by changing the shape of the base substrate that shares the ground for a plurality of antenna elements.
  • phase adjustment that cancels the coupling between adjacent antenna elements becomes possible.
  • positioning of the antenna element in the antenna apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention 1 is an external perspective view of a base substrate according to a first embodiment of the present invention.
  • the top view of the base substrate which concerns on the 1st Embodiment of this invention The block diagram of the attitude
  • FIG. 1 is an external perspective view showing the main configuration of the antenna device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view showing the arrangement of antenna elements in the antenna device according to the first embodiment of the present invention.
  • the antenna device 100 includes four antenna elements 101, 102, 103, 104 and a base substrate 80.
  • Antenna elements 101, 102, 103, and 104 are disposed on the surface of base substrate 80. With such a configuration, the antenna elements 101, 102, 103, and 104 can be fixed while the radiation surfaces of the antenna elements 101, 102, 103, and 104 are arranged flush with each other.
  • the antenna elements 101, 102, 103, and 104 each independently receive a high-frequency signal such as a positioning signal.
  • the antenna elements 101, 102, 103, and 104 have the same configuration.
  • the antenna elements 101, 102, 103, and 104 include an antenna body 20, an auxiliary radiation member 50, and a back radiation suppression substrate 60.
  • the antenna body 20 is disposed on the surface of the auxiliary radiation member 50.
  • the auxiliary radiation member 50 is disposed on the surface of the back radiation suppression substrate 60.
  • the antenna body 20 is rectangular (square in this embodiment) in plan view.
  • a slot conductor 22 is formed on the surface of the antenna body 20.
  • the slot conductor 22 is formed on substantially the entire surface of the antenna body 20 and is rectangular (square in the present embodiment) in plan view.
  • a bow tie slot 220 is formed in the slot conductor 22.
  • the bow tie slot 220 is realized by a non-formed portion of the conductor extending along the direction connecting the center and corner of the slot conductor 22.
  • the antenna body 20 can receive a circularly polarized wave having an axis in a direction orthogonal to the radiation surface, with the surface on which the bow tie slot 220 is formed as a radiation surface.
  • the auxiliary radiating member 50 is disposed so as to surround other than the radiation surface of the antenna body 20.
  • the auxiliary radiation member 50 functions as an antenna for auxiliary excitation.
  • Slots 62 and 63 for suppressing backside radiation are formed in the backside radiation suppressing substrate 60.
  • FIG. 3 is an external perspective view of the base substrate according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a plan view of the base substrate according to the first embodiment of the present invention.
  • the base substrate 80 is a disc and is made of a material having high conductivity, for example, a metal such as SUS.
  • a center point of the base substrate 80 in plan view is a reference point Ca where the antenna elements 101, 102, 103, 104 are arranged.
  • the base substrate 80 has cuts 811, 812, 813 and 814.
  • the notches 811, 812, 813, and 814 are arc-shaped grooves in plan view.
  • the groove penetrates the base substrate 80 in the thickness direction.
  • the cuts 811, 812, 813, and 814 are arranged with four-fold rotational symmetry (point symmetry with a rotation angle interval of 90 °) with respect to the reference point Ca.
  • center point of cut 811 center point in plan view
  • Ce2 center point of cut 812
  • Ce3 center point of cut 813
  • Ce4 of the notch 814 is arranged symmetrically with respect to the reference point Ca at a rotation angle interval of 90 ° with respect to a plane parallel to the radiation surface.
  • the distance between the center point Ce1 and the center point Ce2, the distance between the center point Ce2 and the center point Ce3, the distance between the center point Ce3 and the center point Ce4, and the distance between the center point Ce4 and the center point Ce1 are as follows. Is one wavelength or less of the high-frequency signal received. These distances are, for example, about a half wavelength of the high-frequency signal.
  • the notches 811, 812, 813, and 814 are inscribed in the outer periphery of the base substrate 80.
  • the cut 811 has a shape in which a part thereof is cut off on the reference point Ca side from the center point Ce1.
  • the cut 812 has a shape in which a part thereof is interrupted on the reference point Ca side from the center point Ce2.
  • the cut 813 has a shape in which a part thereof is interrupted on the reference point Ca side from the center point Ce3.
  • the cut 814 has a shape in which a part thereof is interrupted on the reference point Ca side from the center point Ce4.
  • the length of the groove is one or more wavelengths of a high-frequency signal (for example, a GNSS positioning signal) received by the antenna elements 101, 102, 103, and 104, and depends on the wavelength of the high-frequency signal and the phase amount to be adjusted. It is set appropriately.
  • a high-frequency signal for example, a GNSS positioning signal
  • the inner diameters of the notches 811, 812, 813, and 814 are equal to or larger than the outer diameters of the antenna elements 101, 102, 103, and 104.
  • the inner diameters of the notches 811, 812, 813, and 814 are preferably close to the outer diameters of the antenna elements 101, 102, 103, and 104.
  • the antenna element 101 is disposed in a region surrounded by the cut 811.
  • the center of the antenna element 101 substantially coincides with the center point Ce1 of the notch 811.
  • the antenna element 102 is disposed in a region surrounded by the cut 812.
  • the center of the antenna element 102 substantially coincides with the center point Ce2 of the notch 812.
  • the antenna element 103 is disposed in a region surrounded by the notch 813.
  • the center of the antenna element 103 substantially coincides with the center point Ce3 of the notch 813.
  • the antenna element 104 is disposed in a region surrounded by the cut 814.
  • the center of the antenna element 104 substantially coincides with the center point Ce4 of the notch 814.
  • the antenna elements 101, 102, 103, and 104 are arranged with four-fold rotational symmetry (point symmetry with a rotation angle interval of 90 °) with respect to the reference point Ca. Further, the antenna elements 101, 102, 103, and 104 are arranged close to each other.
  • the base substrate 80 on which the antenna elements 101, 102, 103, and 104 are arranged is connected to the ground. That is, the base substrate 80 serves as a common ground for the antenna elements 101, 102, 103, and 104.
  • the notches 811, 812, 813, and 814 have the above-described shape, when the antenna device 100 is viewed in plan (viewed in a plane orthogonal to the radiation surface), the adjacent antenna elements 101 and 102 are In between, the notches 811 and 812 are arranged respectively. In addition, when the antenna device 100 is viewed in plan, the notches 812 and 813 are disposed between the adjacent antenna elements 102 and 103, respectively. In addition, when the antenna device 100 is viewed in plan, the notches 813 and 814 are disposed between the adjacent antenna elements 103 and 104, respectively. In addition, when the antenna device 100 is viewed in plan, the notches 811 and 814 are arranged between the adjacent antenna elements 104 and 101, respectively.
  • Each notch 811, 812, 813, 814 operates as follows.
  • the notch is formed between the adjacent antenna elements in the base substrate 80, so that a radiation wave is generated by the groove.
  • the shape of the cut as described above, it is possible to cancel the phase of the radiation wave and the change in the phase characteristics due to electromagnetic field coupling.
  • FIG. 5 is a block diagram of the posture calculation apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • the attitude calculation device 90 includes an antenna device 100, receiving units 911, 912, 913, and 914, and a calculation unit 92.
  • the antenna device 100 includes antenna elements 101, 102, 103, and 104.
  • the antenna device 100 and the antenna elements 101, 102, 103, and 104 are configured as shown in FIGS.
  • the receiving unit 911 is connected to the antenna element 101.
  • the receiving unit 911 detects and tracks the positioning signal received by the antenna element 101 and detects the carrier phase.
  • the receiving unit 912 is connected to the antenna element 102.
  • the receiving unit 912 detects and tracks the positioning signal received by the antenna element 102 and detects the carrier phase.
  • the receiving unit 913 is connected to the antenna element 103.
  • the receiving unit 913 detects and tracks the positioning signal received by the antenna element 103 and detects the carrier phase.
  • the receiving unit 914 is connected to the antenna element 104.
  • the receiving unit 914 detects and tracks the positioning signal received by the antenna element 104 and detects the carrier phase.
  • Receiving units 911, 912, 913, and 914 output the detected carrier phase to computing unit 92.
  • the computing unit 92 calculates the difference in carrier phase between the same positioning signals detected by the two receiving units.
  • the computing unit 92 selects a plurality of combinations of receiving units for calculating the carrier phase difference.
  • the computing unit 92 calculates the carrier phase difference for each combination.
  • the computing unit 92 sequentially calculates a difference in carrier wave phase (carrier wave phase difference), and calculates an attitude from these carrier wave phase differences using a known method.
  • the posture calculation accuracy improves as the carrier phase difference calculation accuracy increases. Therefore, by using the antenna device 100 according to the present embodiment, the posture calculation device 90 has high calculation accuracy of the carrier phase difference and can calculate the posture with high accuracy.
  • FIG. 6 is a plan view of the base substrate in the antenna device according to the second embodiment of the present invention.
  • the antenna device according to the present embodiment is different from the antenna device 100 according to the first embodiment in the shape of the base substrate 80A. Therefore, below, only a different part from the antenna device 100 which concerns on 1st Embodiment is demonstrated.
  • the base substrate 80A includes element mounting portions 801A, 802A, 803A, and 804A and relay portions 821, 822, 823, and 824.
  • the element mounting portions 801A, 802A, 803A, and 804A are circular (see the hatched portion in FIG. 6).
  • the element mounting portions 801A, 802A, 803A, and 804A are arranged symmetrically with respect to the reference point CaA that is the center of the base substrate 80A so that the rotation angle interval is 90 °.
  • the area of the element mounting portions 801A, 802A, 803A, 804A is the same as the area of the antenna elements 101, 102, 103, 104 shown in the first embodiment in plan view.
  • the element mounting portions 801A and 802A are connected by a relay portion 821.
  • the relay portion 821 is provided by providing a notch 811A that is recessed on the center side of the circle CirI between the element mounting portions 801A and 802A in the conductor plate having the shape of the circle CirI in which the element mounting portions 801A, 802A, 803A, and 804A are inscribed. Is formed.
  • the element mounting portions 802A and 803A are connected by a relay portion 822.
  • the relay portion 822 is formed by providing a notch 812A that is recessed toward the center of the circle CirI between the element mounting portions 802A and 803A on the conductor plate having the shape of the circle CirI.
  • the element mounting portions 803A and 804A are connected by a relay portion 823.
  • the relay portion 823 is formed by providing a notch 813A that is recessed toward the center of the circle CirI between the element mounting portions 803A and 804A in the conductor plate having the shape of the circle CirI.
  • the element mounting portions 804A and 801A are connected by a relay portion 824.
  • the relay portion 824 is formed by providing a notch 814A that is recessed toward the center of the circle CirI between the element mounting portions 804A and 801A in the conductor plate having the shape of the circle CirI.
  • the distance RiA from the reference point CaA to the outer edge at the relay portions 821, 822, 823, and 824 formed by the cuts 811A, 812A, 813A, and 814A is the element mounting portions 801A, 802A, 803A, and 804A. Shorter than the distance Rs from the reference point CaA to the outer edge (RiA ⁇ Rs).
  • the outer edge of the relay part 821 formed by the cut 811A and the outer edge of the relay part 823 formed by the cut 813A are parallel.
  • the outer edge of the relay part 822 formed by the cut 812A and the outer edge of the relay part 824 formed by the cut 814A are parallel.
  • the outer edges of the relay portions 821 and 823 formed by the cuts 811A and 813A are orthogonal to the outer edges of the relay portions 822 and 824 formed by the cuts 812A and 814A.
  • the antenna elements 101, 102, 103, and 104 shown in the first embodiment are arranged in the element mounting portions 801A, 802A, 803A, and 804A.
  • the center of the antenna element 101 coincides with the center Ce1A of the element mounting portion 801A
  • the center of the antenna element 102 coincides with the center Ce2A of the element mounting portion 802A.
  • the center of the antenna element 103 coincides with the center Ce3A of the element mounting portion 803A
  • the center of the antenna element 104 coincides with the center Ce4A of the element mounting portion 804A.
  • FIG. 7 is a plan view of the base substrate in the antenna device according to the third embodiment of the present invention.
  • the antenna device according to this embodiment is different from the antenna device according to the second embodiment in the shape of the base substrate 80B. Therefore, below, only a different part from the antenna device which concerns on 2nd Embodiment is demonstrated.
  • the outer edge shape of the relay portions 831, 832, 833, and 834 formed by the cuts 811B, 812B, 813B, and 814B is substantially semicircular.
  • the notch 811B is formed between the element mounting portions 801B and 802B.
  • the cut 812B is formed between the element mounting portions 802B and 803B.
  • the cut 813B is disposed between the element mounting portions 803B and 804B.
  • the cut 814B is disposed between the element mounting portions 804B and 801B.
  • the distances (RiB + Rr) from the reference point CaB to the outer edge of the relay portions 831, 832, 833, and 834 by the notches 811B, 812B, 813B, and 814B are the element mounting portions 801B, 802B, 803B, and 804B. It is shorter than the distance Rs from the reference point CaB to the outer edge ((RiB + Rr) ⁇ Rs).
  • the distance RiB is a distance between the reference point CaB and the centers of the relay units 831, 832, 833, and 834.
  • the distance Rr is the radius of the relay units 831, 832, 833, and 834.
  • the base substrate 80B is planarized, and the relay portions 831, 832, 833, and 834 are recessed from the element mounting portions 801B, 802B, 803B, and 804B.
  • the relay portions 831, 832, 833, and 834 are arranged with four-fold rotational symmetry (point symmetry with a rotation angle interval of 90 °) with respect to the reference point CaB that is the center point of the base substrate 80B.
  • the antenna elements 101, 102, 103, and 104 shown in the first embodiment are arranged in the element mounting portions 801B, 802B, 803B, and 804B.
  • the center of the antenna element 101 coincides with the center Ce1B of the element mounting portion 801B
  • the center of the antenna element 102 coincides with the center Ce2B of the element mounting portion 802B.
  • the center of the antenna element 103 coincides with the center Ce3B of the element mounting portion 803B
  • the center of the antenna element 104 coincides with the center Ce4B of the element mounting portion 804B.
  • the shape of the notches 811B, 812B, 813B, and 814B in other words, the shapes of the relay units 831, 832, 833, and 834 are determined as appropriate, so that they are common as in the first and second embodiments. It is possible to suppress coupling due to ground asymmetry in a plurality of antenna elements arranged on the ground. Thereby, the same effect as the 1st and 2nd embodiment can be acquired.
  • FIG. 8 is a plan view of the base substrate in the antenna device according to the fourth embodiment of the present invention.
  • the antenna device according to the present embodiment is different from the antenna devices according to the second and third embodiments in the shape of the base substrate 80C. Therefore, below, only a different part from the antenna device which concerns on 2nd Embodiment is demonstrated.
  • the outer edge shape of the relay portions 841, 842, 843, 844 formed by the cuts 811C, 812C, 813C, 814C is a shape having two corners. Specifically, in the case of FIG. 8, it is an outer edge shape that constitutes the upper side of the trapezoid and the two oblique sides.
  • the notch 811C is formed between the element mounting portions 801C and 802C.
  • the cut 812C is formed between the element mounting portions 802C and 803C.
  • the notch 813C is disposed between the element mounting portions 803C and 804C.
  • the notch 814C is disposed between the element mounting portions 804C and 801C.
  • the distance (Rc) from the reference point CaC to the outer edge of the relay portions 841, 842, 843, 844 by the cuts 811C, 812C, 813C, 814C is the element mounting portions 801C, 802C, 803C, 804C. It is shorter than the distance Rs from the reference point CaC to the outer edge (Rc ⁇ Rs). In other words, the distance (Rc) from the reference point CaC to the outer edge of the notches 811C, 812C, 813C, and 814C is shorter than the distance Rs from the reference point CaC to the outer edge at the element mounting portions 801C, 802C, 803C, and 804C (Rc). ⁇ Rs).
  • the base substrate 80C is planarized, and the relay portions 841, 842, 843, 844 are recessed from the element mounting portions 801C, 802C, 803C, 804C.
  • the relay portions 841, 842, 843, and 844 are arranged with four-fold rotational symmetry (point symmetry with a rotation angle interval of 90 °) with respect to the reference point CaC that is the center point of the base substrate 80C.
  • the antenna elements 101, 102, 103, and 104 shown in the first embodiment are arranged in the element mounting portions 801C, 802C, 803C, and 804C.
  • the center of the antenna element 101 coincides with the center Ce1C of the element mounting portion 801C
  • the center of the antenna element 102 coincides with the center Ce2C of the element mounting portion 802C.
  • the center of the antenna element 103 coincides with the center Ce3C of the element mounting portion 803C
  • the center of the antenna element 104 coincides with the center Ce4C of the element mounting portion 804C.
  • the shapes of the cuts 811C, 812C, 813C, and 814C in other words, the shapes of the relay portions 841, 842, 843, and 844, the first, second, and third embodiments Similarly, coupling due to ground asymmetry in a plurality of antenna elements arranged on a common ground can be suppressed. Thereby, the same effect as the 1st and 2nd embodiment can be acquired.
  • the number of antenna elements is not limited to four, and a plurality of antenna elements are provided, and the configuration of the present invention can be applied if these antenna elements are arranged on a substrate that forms a common ground.
  • any antenna device that calculates a desired physical quantity using the phase of a positioning signal such as a carrier wave phase may be used.
  • Antenna devices 101, 102, 103, 104 Antenna element 20: Antenna body 22: Slot conductor 50: Auxiliary radiation member 60: Back radiation suppression board 62, 63: Slots 80, 80A, 80B: Base board 90: Posture calculation Device 92: arithmetic unit 220: bow tie slots 801A, 802A, 803A, 804A, 801B, 802B, 803B, 804B, 8041B, 801B: element mounting units 811, 812, 813, 814, 811A, 812A, 813A, 814A, 811B, 812B, 813B, 814B, 811C, 812C, 813C, 814C: notches 911, 912, 913, 914: receiving unit

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Abstract

【課題】複数のアンテナ間での相互干渉を抑制した小型のアンテナ装置を提供する。 【解決手段】アンテナ装置100は、複数のアンテナ素子101,102,103,104、ベース基板80、および、切り込み811,812,813,814を備える。複数のアンテナ素子101,102,103,104はそれぞれが個別の円偏波アンテナである。ベース基板80は、導電性を有し、複数のアンテナ素子101,102,103,104が表面に配置されている。切り込み811,812,813,814は、ベース基板80における隣り合うアンテナ素子の間に設けられている。

Description

アンテナ装置および姿勢算出装置
 本発明は、複数のアンテナ素子が配置されたアンテナ装置、およびこのアンテナ装置を備えた姿勢算出装置に関する。
 従来、船舶、飛行機等の移動体の姿勢を算出する姿勢算出装置が各種考案されている。特許文献1に記載の姿勢算出装置は、基準アンテナ素子およびその他のアンテナ素子を備える。基準アンテナ素子およびその他のアンテナ素子は、所定の配列パターンで配置されている。特許文献1に記載の姿勢算出装置は、これらのアンテナ素子で受信した測位信号の搬送波位相の差を用いて姿勢を算出する。
 特許文献1に記載の姿勢算出装置は、アンテナ素子の配列パターンとして、姿勢の算出精度の向上のために、基準アンテナ素子に対して長基線となるアンテナ素子を少なくとも1つ用いている。したがって、特許文献1に記載のような従来の姿勢算出装置は、複数のアンテナ素子からなるアンテナ装置を小型化することが容易ではなかった。
特開2001-281317号公報
 しかしながら、現在、複数のアンテナ素子からなるアンテナ装置の小型化が要求されている。アンテナ装置を小型化するためには、アンテナ素子間の距離を短くしなければならない。
 アンテナ素子間の距離が短くなると、これらのアンテナ素子が電気的に結合してしまい、上述の搬送波位相差に含まれる誤差は大きくなってしまう。
 したがって、本発明の目的は、複数のアンテナ素子間の結合による搬送波位相差の誤差を抑制した小型のアンテナ装置、および当該アンテナ装置を備えた姿勢算出装置を提供することにある。
 この発明のアンテナ装置は、複数のアンテナ素子、ベース基板、および、切り込みを備える。複数のアンテナ素子はそれぞれが個別の円偏波アンテナである。ベース基板は、導電性を有し、複数のアンテナ素子が表面に配置されている。切り込みは、ベース基板における隣り合うアンテナ素子の間に設けられている。
 この構成では、複数のアンテナ素子に対するグランドを共通化するベース基板の形状に変化を与えられることによって、隣り合うアンテナ素子間による電磁界結合の度合いが調整される。これにより、隣り合うアンテナ素子間の結合を相殺する位相調整が可能になる。
 この発明によれば、複数のアンテナ素子間の結合による搬送波位相差の誤差を抑制することができる。これにより、姿勢を高精度に算出することができる。
本発明の第1の実施形態に係るアンテナ装置の外観斜視図 本発明の第1の実施形態に係るアンテナ装置におけるアンテナ素子の配置を表す平面図 本発明の第1の実施形態に係るベース基板の外観斜視図 本発明の第1の実施形態に係るベース基板の平面図 本発明の第1の実施形態に係る姿勢算出装置のブロック図 本発明の第2の実施形態に係るアンテナ装置におけるベース基板の平面図 本発明の第3の実施形態に係るアンテナ装置におけるベース基板の平面図 本発明の第4の実施形態に係るアンテナ装置におけるベース基板の平面図
 本発明の第1の実施形態に係るアンテナ装置について、図を参照して説明する。図1は、本発明の第1の実施形態に係るアンテナ装置の主要構成を表す外観斜視図である。図2は、本発明の第1の実施形態に係るアンテナ装置におけるアンテナ素子の配置を表す平面図である。
 図1に示すように、アンテナ装置100は、4つのアンテナ素子101,102,103,104とベース基板80を備える。アンテナ素子101,102,103,104は、ベース基板80の表面に配置されている。このような構成とすることによって、アンテナ素子101,102,103,104の放射面を面一に配置しながら、アンテナ素子101,102,103,104を固定することができる。
 アンテナ素子101,102,103,104は、それぞれ独立して、測位信号等の高周波信号を受波する。アンテナ素子101,102,103,104は、同じ構成からなる。
 図2に示すように、アンテナ素子101,102,103,104は、アンテナ本体20、補助放射部材50、背面放射抑制基板60を備える。アンテナ本体20は、補助放射部材50の表面に配置されている。補助放射部材50は、背面放射抑制基板60の表面に配置されている。
 アンテナ本体20は、平面視して矩形(本実施形態では正方形)である。アンテナ本体20の表面には、スロット導体22が形成されている。スロット導体22は、アンテナ本体20の表面の略全面に形成されており、平面視して矩形(本実施形態では正方形)である。スロット導体22には、ボウタイスロット220が形成されている。ボウタイスロット220は、スロット導体22の中心と角部を結ぶ方向に沿って延びる導体の非形成部によって実現される。このような構成によって、ボウタイスロット220が形成された面を放射面として、アンテナ本体20は、放射面に直交する方向へ軸を有する円偏波を受波することができる。
 補助放射部材50は、アンテナ本体20の放射面以外を囲むように配置されている。補助放射部材50は、補助励振用のアンテナとして機能する。背面放射抑制基板60には、背面放射を抑制するスロット62,63が形成されている。補助放射部材50および背面放射抑制基板60は省略することも可能であるが、これらを備えることによって、アンテナ素子101,102,103,104の受波特性を向上させることができる。
 図3は、本発明の第1の実施形態に係るベース基板の外観斜視図である。図4は、本発明の第1の実施形態に係るベース基板の平面図である。
 ベース基板80は円板であり、導電率が高い材質、例えば、SUS等の金属からなる。ベース基板80を平面視した中心点は、アンテナ素子101,102,103,104を配置する基準点Caである。
 ベース基板80には、切り込み811,812,813,814が形成されている。切り込み811,812,813,814は、平面視して円弧状の溝である。溝は、ベース基板80を厚み方向に貫通している。切り込み811,812,813,814は、基準点Caに対して4回回転対称(回転角度の間隔が90°となる点対称)で配置されている。
 より具体的には、切り込み811の中心点(平面視した中心点)Ce1、切り込み812の中心点(平面視した中心点)Ce2、切り込み813の中心点(平面視した中心点)Ce3、および、切り込み814の中心点(平面視した中心点)Ce4は、放射面に平行な面において基準点Caに対して回転角度の間隔が90°となる点対称に配置されている。
 中心点Ce1と中心点Ce2との距離、中心点Ce2と中心点Ce3との距離、中心点Ce3と中心点Ce4との距離、および、中心点Ce4と中心点Ce1との距離は、アンテナ装置10が受波する高周波信号の1波長以下である。これらの距離は、例えば、高周波信号の半波長程度である。
 切り込み811,812,813,814は、ベース基板80の外周に内接している。切り込み811は、中心点Ce1より基準点Ca側において一部が途切れる形状である。切り込み812は、中心点Ce2より基準点Ca側において一部が途切れる形状である。切り込み813は、中心点Ce3より基準点Ca側において一部が途切れる形状である。切り込み814は、中心点Ce4より基準点Ca側において一部が途切れる形状である。溝の長さは、アンテナ素子101,102,103,104が受波する高周波信号(例えば、GNSSの測位信号)の1波長以上であり、高周波信号の波長、および、調整する位相量に応じて適宜設定されている。
 切り込み811,812,813,814の内径は、アンテナ素子101,102,103,104の外径以上である。切り込み811,812,813,814の内径は、アンテナ素子101,102,103,104の外径に近いことが好ましい。
 アンテナ素子101は、切り込み811によって囲まれる領域に配置されている。アンテナ素子101の中心は切り込み811の中心点Ce1と略一致している。アンテナ素子102は、切り込み812によって囲まれる領域に配置されている。アンテナ素子102の中心は切り込み812の中心点Ce2と略一致している。アンテナ素子103は、切り込み813によって囲まれる領域に配置されている。アンテナ素子103の中心は切り込み813の中心点Ce3と略一致している。アンテナ素子104は、切り込み814によって囲まれる領域に配置されている。アンテナ素子104の中心は切り込み814の中心点Ce4と略一致している。
 したがって、アンテナ素子101,102,103,104は、基準点Caに対して4回回転対称(回転角度の間隔が90°となる点対称)で配置されている。さらに、アンテナ素子101,102,103,104は、近接して配置されている。
 アンテナ素子101,102,103,104が配置されたベース基板80は、グランドに接続されている。すなわち、ベース基板80は、アンテナ素子101,102,103,104に対する共通グランドとなっている。
 ここで、切り込み811,812,813,814が上述の形状であることによって、アンテナ装置100を平面視して(放射面に直交する面に視て)、隣り合うアンテナ素子101とアンテナ素子102との間に、切り込み811,812がそれぞれに配置される。また、アンテナ装置100を平面視して、隣り合うアンテナ素子102とアンテナ素子103との間に、切り込み812,813がそれぞれに配置される。また、アンテナ装置100を平面視して、隣り合うアンテナ素子103とアンテナ素子104との間に、切り込み813,814がそれぞれに配置される。また、アンテナ装置100を平面視して、隣り合うアンテナ素子104とアンテナ素子101との間に、切り込み811,814がそれぞれに配置される。
 各切り込み811,812,813,814は、次のように作用する。
 切り込み811,812,813,814が無い場合、共通グランドであるベース基板80に対するアンテナ素子101,102,103,104のグランドの非対称性から、隣り合うアンテナ素子間で電磁界結合が生じる。これにより、アンテナ素子101,102,103,104の位相特性が変化し、アンテナ素子101,102,103,104で受波する高周波信号の位相の差に誤差が生じる。具体的には、アンテナ素子101,102,103,104で受波する測位信号の搬送波位相の差に誤差が生じる。
 しかしながら、図1、図2に示すように、ベース基板80における隣り合うアンテナ素子間に切り込みが形成されていることによって、溝による輻射波が生じる。ここで、切り込みの形状を上述のように適宜決定することで、輻射波の位相と電磁界結合による位相特性の変化とを相殺することができる。
 これにより、アンテナ素子101,102,103,104で受波する高周波信号の位相の差に含まれる誤差が抑制される。具体的には、アンテナ素子101,102,103,104で受波する測位信号の搬送波位相差に含まれる誤差が抑制される。したがって、アンテナ素子101,102,103,104を用いた搬送波位相差を高精度に検出することができる。
 以上のように、本実施形態の構成を用いることによって、複数のアンテナ素子101,102,103,104間の結合による搬送波位相差の誤差を抑制した小型のアンテナ装置100を実現することができる。
 このようなアンテナ装置100は、次に示すような姿勢算出装置に適用することができる。図5は、本発明の第1の実施形態に係る姿勢算出装置のブロック図である。
 姿勢算出装置90は、アンテナ装置100、受信部911,912,913,914、および、演算部92を備える。アンテナ装置100は、アンテナ素子101,102,103,104を備える。アンテナ装置100およびアンテナ素子101,102,103,104は、図1、図2に示す構成からなる。
 受信部911は、アンテナ素子101に接続されている。受信部911は、アンテナ素子101で受波した測位信号を捕捉、追尾して、搬送波位相を検出する。受信部912は、アンテナ素子102に接続されている。受信部912は、アンテナ素子102で受波した測位信号を捕捉、追尾して、搬送波位相を検出する。受信部913は、アンテナ素子103に接続されている。受信部913は、アンテナ素子103で受波した測位信号を捕捉、追尾して、搬送波位相を検出する。受信部914は、アンテナ素子104に接続されている。受信部914は、アンテナ素子104で受波した測位信号を捕捉、追尾して、搬送波位相を検出する。受信部911,912,913,914は、検出した搬送波位相を演算部92に出力する。
 演算部92は、2つの受信部で検出した同じ測位信号の搬送波位相の差を算出する。演算部92は、搬送波位相差を算出する受信部の組合せを複数種類で選択する。演算部92は、それぞれの組み合わせ毎に搬送波位相差を算出する。演算部92は、搬送波位相の差(搬送波位相差)を順次算出し、これらの搬送波位相差から既知の方法を用いて姿勢を算出する。
 このような姿勢の算出方法では、搬送波位相差の算出精度が高いほど、姿勢の算出精度が向上する。したがって、本実施形態に係るアンテナ装置100を用いることによって、姿勢算出装置90は、搬送波位相差の算出精度が高く、姿勢を高精度に算出することができる。
 次に、本発明の第2の実施形態に係るアンテナ装置について、図を参照して説明する。図6は、本発明の第2の実施形態に係るアンテナ装置におけるベース基板の平面図である。本実施形態に係るアンテナ装置は、ベース基板80Aの形状が第1の実施形態に係るアンテナ装置100と異なる。したがって、以下では、第1の実施形態に係るアンテナ装置100と異なる箇所のみを説明する。
 本実施形態に係るベース基板80Aは、素子搭載部801A,802A,803A,804Aと中継部821,822,823,824を備える。
 素子搭載部801A,802A,803A,804Aは円形である(図6のハッチング部を参照)。素子搭載部801A,802A,803A,804Aは、ベース基板80Aの中心である基準点CaAに対して回転角度の間隔が90°となる点対称に配置されている。素子搭載部801A,802A,803A,804Aの面積は、第1の実施形態に示したアンテナ素子101,102,103,104を平面視した面積と同じである。
 素子搭載部801A,802Aは、中継部821によって接続されている。中継部821は、素子搭載部801A,802A,803A,804Aが内接する円CirIの形状からなる導体板における素子搭載部801A,802Aの間に、円CirIの中心側に凹む切り込み811Aを設けることによって形成されている。素子搭載部802A,803Aは、中継部822によって接続されている。中継部822は、円CirIの形状からなる導体板における素子搭載部802A,803Aの間に、円CirIの中心側に凹む切り込み812Aを設けることによって形成されている。素子搭載部803A,804Aは、中継部823によって接続されている。中継部823は、円CirIの形状からなる導体板における素子搭載部803A,804Aの間に円CirIの中心側に凹む切り込み813Aを設けることによって形成されている。素子搭載部804A,801Aは、中継部824によって接続されている。中継部824は、円CirIの形状からなる導体板における素子搭載部804A,801Aの間に円CirIの中心側に凹む切り込み814Aを設けることによって形成されている。
 図6に示すように、切り込み811A,812A,813A,814Aによって形成される中継部821,822,823,824における基準点CaAから外縁までの距離RiAは、素子搭載部801A,802A,803A,804Aにおける基準点CaAから外縁までの距離Rsよりも短い(RiA<Rs)。
 切り込み811Aによって形成される中継部821の外縁と、切り込み813Aによって形成される中継部823の外縁とは、平行である。切り込み812Aによって形成される中継部822の外縁と、切り込み814Aによって形成される中継部824の外縁とは、平行である。切り込み811A,813Aによって形成される中継部821,823の外縁と、切り込み812A,814Aによって形成される中継部822,824の外縁は、直交する。
 素子搭載部801A,802A,803A,804Aには、第1の実施形態に示したアンテナ素子101,102,103,104が配置される。アンテナ素子101の中心は、素子搭載部801Aの中心Ce1Aに一致し、アンテナ素子102の中心は、素子搭載部802Aの中心Ce2Aに一致している。アンテナ素子103の中心は、素子搭載部803Aの中心Ce3Aに一致し、アンテナ素子104の中心は、素子搭載部804Aの中心Ce4Aに一致している。
 このような構成において、切り込み831,832,833,834の形状を適宜決定することによって、第1の実施形態と同様に、共通のグランドに配置された複数のアンテナ素子におけるグランドの非対称性による結合を抑制することができる。これにより、第1の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
 次に、本発明の第3の実施形態に係るアンテナ装置について、図を参照して説明する。図7は、本発明の第3の実施形態に係るアンテナ装置におけるベース基板の平面図である。本実施形態に係るアンテナ装置は、ベース基板80Bの形状が第2の実施形態に係るアンテナ装置と異なる。したがって、以下では、第2の実施形態に係るアンテナ装置と異なる箇所のみを説明する。
 切り込み811B,812B,813B,814Bによって形成される中継部831,832,833,834の外縁形状は略半円形である。切り込み811Bは、素子搭載部801B,802B間に形成されている。切り込み812Bは、素子搭載部802B,803B間に形成されている。切り込み813Bは、素子搭載部803B,804B間に配置されている。切り込み814Bは、素子搭載部804B,801B間に配置されている。
 図7に示すように、切り込み811B,812B,813B,814Bによる中継部831,832,833,834の基準点CaBから外縁までの距離(RiB+Rr)は、素子搭載部801B,802B,803B,804Bにおける基準点CaBから外縁までの距離Rsよりも短い((RiB+Rr)<Rs)。なお、距離RiBは、基準点CaBと中継部831,832,833,834の中心との距離である。距離Rrは、中継部831,832,833,834の半径である。このように、ベース基板80Bを平面して、中継部831,832,833,834は、素子搭載部801B,802B,803B,804Bよりも凹んでいる。中継部831,832,833,834は、ベース基板80Bの中心点である基準点CaBに対して4回回転対称(回転角度の間隔が90°となる点対称)で配置されている。
 素子搭載部801B,802B,803B,804Bには、第1の実施形態に示したアンテナ素子101,102,103,104が配置される。アンテナ素子101の中心は、素子搭載部801Bの中心Ce1Bに一致し、アンテナ素子102の中心は、素子搭載部802Bの中心Ce2Bに一致している。アンテナ素子103の中心は、素子搭載部803Bの中心Ce3Bに一致し、アンテナ素子104の中心は、素子搭載部804Bの中心Ce4Bに一致している。
 このような構成において、切り込み811B,812B,813B,814Bの形状、言い換えれば中継部831,832,833,834の形状を適宜決定することによって、第1、第2の実施形態と同様に、共通のグランドに配置された複数のアンテナ素子におけるグランドの非対称性による結合を抑制することができる。これにより、第1、第2の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
 次に、本発明の第4の実施形態に係るアンテナ装置について、図を参照して説明する。図8は、本発明の第4の実施形態に係るアンテナ装置におけるベース基板の平面図である。本実施形態に係るアンテナ装置は、ベース基板80Cの形状が第2、第3の実施形態に係るアンテナ装置と異なる。したがって、以下では、第2の実施形態に係るアンテナ装置と異なる箇所のみを説明する。
 切り込み811C,812C,813C,814Cによって形成される中継部841,842,843,844の外縁形状は2つの角を有する形状である。具体的には、図8の場合、台形の上辺と2つの斜辺を構成する外縁形状である。切り込み811Cは、素子搭載部801C,802C間に形成されている。切り込み812Cは、素子搭載部802C,803C間に形成されている。切り込み813Cは、素子搭載部803C,804C間に配置されている。切り込み814Cは、素子搭載部804C,801C間に配置されている。
 図8に示すように、切り込み811C,812C,813C,814Cによる中継部841,842,843,844の基準点CaCから外縁までの距離(Rc)は、素子搭載部801C,802C,803C,804Cにおける基準点CaCから外縁までの距離Rsよりも短い(Rc<Rs)。言い換えれば、基準点CaCから切り込み811C,812C,813C,814Cの外縁までの距離(Rc)は、素子搭載部801C,802C,803C,804Cにおける基準点CaCから外縁までの距離Rsよりも短い(Rc<Rs)。
 このように、ベース基板80Cを平面して、中継部841,842,843,844は、素子搭載部801C,802C,803C,804Cよりも凹んでいる。中継部841,842,843,844は、ベース基板80Cの中心点である基準点CaCに対して4回回転対称(回転角度の間隔が90°となる点対称)で配置されている。
 素子搭載部801C,802C,803C,804Cには、第1の実施形態に示したアンテナ素子101,102,103,104が配置される。アンテナ素子101の中心は、素子搭載部801Cの中心Ce1Cに一致し、アンテナ素子102の中心は、素子搭載部802Cの中心Ce2Cに一致している。アンテナ素子103の中心は、素子搭載部803Cの中心Ce3Cに一致し、アンテナ素子104の中心は、素子搭載部804Cの中心Ce4Cに一致している。
 このような構成において、切り込み811C,812C,813C,814Cの形状、言い換えれば、中継部841,842,843,844の形状を適宜決定することによって、第1、第2、第3の実施形態と同様に、共通のグランドに配置された複数のアンテナ素子におけるグランドの非対称性による結合を抑制することができる。これにより、第1、第2の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
 なお、アンテナ素子は、4つに限らず複数個であり、これらのアンテナ素子が共通のグランドを形成する基板に配置されていれば、本発明の構成を適用することができる。
 また、上述の実施形態では、アンテナ装置を姿勢算出装置に適用する態様を示したが、搬送波位相等の測位信号の位相を用いて、所望の物理量を算出する装置であれば、上述のアンテナ装置を用いて、高精度な物理量の算出を行うことができる。
100:アンテナ装置
101,102,103,104:アンテナ素子
20:アンテナ本体
22:スロット導体
50:補助放射部材
60:背面放射抑制基板
62,63:スロット
80,80A,80B:ベース基板
90:姿勢算出装置
92:演算部
220:ボウタイスロット
801A,802A,803A,804A,801B,802B,803B,804B,8041B,801B:素子搭載部
811,812,813,814,811A,812A,813A,814A,811B,812B,813B,814B,811C,812C,813C,814C:切り込み
911,912,913,914:受信部

Claims (8)

  1.  それぞれが円偏波アンテナからなる複数のアンテナ素子と、
     前記複数のアンテナ素子が表面に配置された導電性を有するベース基板と、
     前記ベース基板における隣り合うアンテナ素子の間に設けられた切り込みと、
     を備えたアンテナ装置。
  2.  請求項1に記載のアンテナ装置であって、
     前記切り込みは、
     前記ベース基板を厚み方向に貫通するスリットである、
     アンテナ装置。
  3.  請求項1に記載のアンテナ装置であって、
     前記切り込みの部分の前記ベース基板の中心から外縁までの距離は、前記アンテナ素子が配置される部分の前記ベース基板の中心から外縁までの距離よりも短い、
     アンテナ装置。
  4.  請求項3に記載のアンテナ装置であって、
     前記外縁に円弧または角を含む、
     アンテナ装置。
  5.  請求項1乃至請求項4のいずれかに記載のアンテナ装置であって、
     前記隣り合うアンテナ素子の中心間の距離は、前記アンテナ素子で受波する高周波信号の1波長未満である、
     アンテナ装置。
  6.  請求項1乃至請求項5のいずれかに記載のアンテナ装置であって、
     前記複数のアンテナ素子は4つであり、
     前記4つのアンテナ素子は、4回回転対称で配置されている、
     アンテナ装置。
  7.  請求項1乃至請求項6のいずれかに記載のアンテナ装置であって、
     前記ベース基板は、前記複数のアンテナ素子に対する共通グランドである、
     アンテナ装置。
  8.  請求項1乃至請求項7のいずれかに記載のアンテナ装置と、
     前記複数のアンテナ素子にそれぞれ接続し、それぞれに受信した測位信号を捕捉する複数の受信部と、
     捕捉した測位信号に基づいて姿勢を算出する演算部と、
     を備える、姿勢算出装置。
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