WO2019159924A1 - アンテナ装置 - Google Patents

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WO2019159924A1
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antenna
antenna device
slot
slit
housing
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富夫 安部
篤志 英加
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株式会社ヨコオ
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Definitions

  • the present invention relates to a small-sized and low-profile vehicle-mounted antenna device.
  • LTE communication is a communication form in which third-generation communication (3G) is speeded up.
  • MIMO communication is a communication mode in which a plurality of antennas are used, different data is transmitted from each antenna, and data is simultaneously received by the plurality of antennas.
  • an antenna device disclosed in Patent Document 1 is known as an antenna device for LTE communication.
  • the antenna device includes a plurality of antennas housed in a shark fin antenna housing having a length of 100 mm, a width of 50 mm, and a height of 45 mm, one of which is an unbalanced antenna that determines the height of the antenna device, In other words, it is a monopole antenna.
  • a monopole antenna not only the antenna device disclosed in Patent Document 1, but many on-vehicle antenna devices use a monopole antenna because the vehicle roof is used as a ground plane.
  • the antenna device used in LTE communication or MIMO communication has a higher gain in the horizontal direction (parallel to the ground) orthogonal to the zenith direction (vertically above the ground).
  • a vehicle-mounted antenna device has a demand for a small size and a low profile.
  • the monopole antenna is lowered as in the antenna device disclosed in Patent Document 1, the VSNR (Voltage Standing Wave Ratio) deteriorates due to the reduction in the antenna size (height) in the zenith direction. Or a decrease in gain.
  • An object of the present invention is to provide a new small and low-profile antenna device that can replace a monopole antenna.
  • An antenna device provided by the present invention is an antenna device attached to a vehicle, wherein the vehicle has an attachment surface, and a plurality of metal surfaces formed at angles different from each other on a surface substantially orthogonal to the attachment surface. And a portion facing the mounting surface is opened, and at least one of a vertically polarized slot antenna and a slit antenna is formed on each metal surface.
  • the direction orthogonal to the antenna element is the main polarization. Further, the gain appears strongly in the opening direction of the slot or slit (the direction substantially perpendicular to the long side of the slot or slit in a plane substantially parallel to the mounting surface).
  • the antenna device of the present invention since at least one of a slot and a slit for vertical polarization is formed on the metal surface, it is possible to increase the gain of vertical polarization in the direction parallel to the mounting surface even if the height is low. it can. Furthermore, since the plurality of metal surfaces are formed at different angles, the opening direction of the slots and slits can be various directions. Therefore, the gain of vertically polarized waves can be increased in various directions.
  • the portion facing the mounting surface is opened. Therefore, it is easier to change or repair the member or antenna component than when the portion facing the mounting surface is not open.
  • FIG. 1 is an external perspective view of an antenna device according to a first embodiment.
  • casing The horizontal-plane average gain characteristic figure of the vertically polarized wave in the horizontal direction of the 3rd side surface of a housing
  • the external appearance perspective view of the antenna device which concerns on 4th Embodiment The external appearance perspective view of the antenna device which concerns on 5th Embodiment.
  • the external appearance perspective view of the antenna device which concerns on 6th Embodiment The external appearance perspective view of the antenna device which concerns on 7th Embodiment.
  • the 1st side view of the antenna apparatus of 8th Embodiment The front view of the antenna device of 8th Embodiment.
  • FIG. 1 is an external perspective view showing a structural example of a main part of the antenna device according to the first embodiment.
  • the antenna device 1 includes a housing 10 that operates as an antenna for LTE communication by itself, an insulating circuit board 20 housed in a predetermined area of the housing 10, and a planar antenna provided on the circuit board 20. 30. These are housed in a radio wave permeable material, for example, a resin case, and are used by being fitted into a hollow surface of a vehicle roof, for example. In FIG. 1, the case is not shown.
  • the planar antenna 30 is a patch antenna that receives radio waves for GNSS (Global Navigation Satellite System), and is installed substantially parallel to the mounting surface. That is, the planar antenna 30 is configured by forming a radiating element substantially parallel to the mounting surface at the top of an insulating dielectric having a thickness.
  • antenna components including a connecting member to a plurality of power feeding points described later and an amplifier or the like electrically connected to the vehicle-side electronic device.
  • the housing 10 is a box-shaped metal housing.
  • a substantially rectangular metal housing having a pair of short end faces and a pair of long end faces is used.
  • the housing 10 may be supported by a resin holder.
  • first side surface the entire short end surface on the left side of FIG. 1
  • second side surface the other long end surface that is not visible in FIG. 1
  • second side surface the entire upper bottom portion of the housing 10
  • zenith surface the entire lower bottom portion that cannot be seen in FIG. 1 is referred to as a “bottom surface”.
  • FIG. 2A is a first side view
  • FIG. 2B is a second side view
  • FIG. 2C is a third side view
  • FIG. 3A is a zenith surface facing the bottom surface
  • FIG. 3B is an explanatory diagram of the structure of the housing 10 on the bottom surface.
  • the first side surface, the second side surface, the third side surface, and the fourth side surface are metal surfaces, respectively, and the first side surface to the fourth side surface form 90 degrees with each other so as to surround a predetermined region where the planar antenna 30 exists. .
  • each side surface faces all directions.
  • the first side surface, the second side surface, the third side surface, and the fourth side surface are also substantially orthogonal to the vehicle roof when installed on the mounting surface.
  • the vehicle roof has a ground potential, and has an area that is a multiple of the area that is almost equivalent to the ground of an infinite area compared to the area of the bottom surface of the housing 10. Therefore, the first side surface, the second side surface, the third side surface, and the fourth side surface are directed, and can operate as an antenna element having directivity in all directions of 360 degrees in the horizontal direction. The operation principle of these antenna elements will be described later.
  • the top and bottom surfaces are also metal surfaces.
  • the zenith surface and the bottom surface are surfaces facing the mounting surface, and the center portion of the zenith surface opens in a substantially cross shape.
  • the opened part is called an “opening”, and the zenith surface other than the opening is called a “partial surface”.
  • the planar antenna 30 is exposed at substantially the center of the opening. Therefore, the planar antenna 30 is not easily affected by the housing 10 when receiving a radio wave for GNSS. This effect will be described later.
  • the reason why the opening is substantially cross-shaped is to reduce interference with the planar antenna 30 of the housing 10.
  • the opening may have other shapes. For example, it may be oval or rectangular.
  • the bottom surface is entirely a metal surface except for the attachment mechanism 40 to the vehicle side.
  • the size of the housing 10 is, for example, about 200 mm for the long side of the top and bottom surfaces, about 100 mm for the short side, and about 17 mm in thickness (height of the first side surface, the second side surface, the third side surface, and the fourth side surface). is there. Although the case is slightly larger than the housing 10, the height from the mounting surface is about 20 mm or less.
  • a slot 111 is formed on the first side surface. As shown in FIG. 2A, the slot 111 is formed in parallel or substantially in parallel with the mounting surface of the vehicle roof, and both slot ends straddle the adjacent second side surface and third side surface.
  • the width of the antenna device 1 (the width of the first side surface) compared to the case where the slot 111 is formed only on the first side surface because the slot 111 extends to the adjacent second side surface and third side surface in addition to the first side surface. Can be narrowed. Since the mounting surface is a ground surface, the slot 111 operates as a vertically polarized slot antenna during operation. The frequency at which transmission and reception can be performed can be determined flexibly depending on the position of the feeding point.
  • feeding to the feeding point is performed by connecting the core wire to the upper edge (above the inner edge) of the slot 111 and the grounding wire to the lower edge (subscript of the inner edge) of the slot.
  • This feeding point is provided at a part offset to the left or right of the central portion of the slot 111.
  • the feeding point is provided at a position near the third side surface of the first side surface in the slot 111.
  • the slot 111 has a first slot end (a closed end on the second side surface) and a second slot end (a closed end on the third side surface) that face the feeding point from opposite directions.
  • the length from the end of the first slot to the feed point is 1 ⁇ 2 of the wavelength (resonance length) ⁇ L that resonates in the 700 to 900 MHz band of LTE Low Band (low frequency band: the same applies hereinafter).
  • the length from the end of the second slot to the feed point is set to 1/2 of the wavelength (resonance length) ⁇ H that resonates at 1.7 GHz to 2.7 GHz of LTE High Band (high frequency band: the same applies hereinafter).
  • the slot 111 can be operated as a slot antenna that resonates in the entire frequency band of the LTE band and enables transmission and reception of vertically polarized waves.
  • the wavelength or resonance length refers to a wavelength or resonance length in a certain range (width) centered on the frequency to be used.
  • the slot 114 has the same structure as the slot 111 as shown in FIG. 2D. That is, the slot 114 can be operated as a slot antenna that resonates in the entire frequency band of the LTE band and enables transmission and reception of vertically polarized waves. In this case, a position (for example, a slot) that is 1/2 of the wavelength (resonance length) ⁇ L that resonates in the low frequency band of the LTE band and 1/2 of the wavelength (resonance length) ⁇ H that resonates in the high frequency band of the LTE band.
  • a feeding point is provided on the inner edge.
  • the feeding points of the slot 111 and the slot 114 are provided at positions that are point-symmetric when viewed from the top surface, that is, at positions farthest from each other in the housing 10. Thereby, the correlation between both slots 111 and 114 can be weakened, and mutual interference can be reduced.
  • the main polarization is generated in the slot 111 and the slot 114 in a direction orthogonal to them. Therefore, the main polarization of these slot antennas is vertical polarization. That is, if the slot 111 and the slot 114 are parallel to the ground plane, these main polarizations are vertical polarizations.
  • the gain in the direction in which the surface on which the slot 111 and the slot 114 are formed (the opening direction of the slot 111 and the slot 114) is strong. Therefore, the slot antenna having these as main elements has a relatively strong vertical polarization gain in the horizontal direction facing the surface on which the slot 111 and the slot 114 are formed.
  • the slot 111 is formed facing the front of the vehicle, and the slot 114 is the vehicle. Therefore, the gain of vertical polarization in the horizontal direction in the front-rear direction of the vehicle is relatively strong. This tendency also applies to the slit antenna described later. Therefore, even if the mounting surface of the antenna device 1 is recessed from the vehicle roof, a decrease in gain is suppressed.
  • the size of the slots 111 and 114 and the position of the feeding point at the inner edge of each of the slots 111 and 114 are set so that signals can be transmitted or received in the low frequency band and high frequency band of LTE.
  • the slot 111 is referred to as “LTE first antenna”
  • the slot 114 is referred to as “LTE fourth antenna”.
  • the LTE first antenna has a high vertical polarization gain in the horizontal direction facing the first side surface. Therefore, it can be operated as, for example, a 4 ⁇ 4 MIMO first antenna.
  • the LTE fourth antenna has a higher gain of vertical polarization in the horizontal direction facing the fourth side surface. Therefore, it can be operated as a 4 ⁇ 4 MIMO fourth antenna, for example.
  • a slit 112 is formed on the second side surface and a slit 113 is formed on the third side surface, and these are operated as a slit antenna for LTE.
  • the slit 112 is formed such that the open end is formed on the top surface and the closed end is slightly offset toward the slot 111 side from the middle of the slots 111 and 114.
  • the second side surface will be described.
  • the slit 112 is cut from the top surface to the substantially central portion of the thickness in the bottom surface direction, and then the portion immediately after changing the direction in the direction of the slot 111 is closed.
  • the feeding point of the slit 112 is provided, for example, at a position deviated from a substantially intermediate position between the part whose direction is changed and the closed end to the closed end.
  • the length from the feeding point to the slit open end is 1 ⁇ 4 of the wavelength ⁇ H in the LTE high frequency band.
  • the slit 112 is referred to as “LTE second antenna”.
  • the LTE second antenna has a higher vertical polarization gain in the horizontal direction facing the second side surface. Therefore, for example, it can be operated as a second antenna in a 4 ⁇ 4 MIMO antenna.
  • the structure of the slit 113 and the position of the feeding point are the same as the slit 112 as shown in FIG. 2C.
  • the slit 113 is referred to as “LTE third antenna”.
  • the LTE third antenna has a higher vertical polarization gain in the horizontal direction facing the third side surface. Therefore, for example, it can be operated as a third antenna in a 4 ⁇ 4 MIMO antenna.
  • the first side surface, the second side surface, the third side surface, the fourth side surface, the zenith surface (partial surface) and the bottom surface are all integral surfaces, and the area of the metal around each slot 111, 114 and each slit 112, 113. Can be secured vastly. Therefore, the frequency band that can be transmitted and received can be expanded compared with the case where the area of such a metal cannot be secured, and the antenna efficiency is also increased. Further, by electrically connecting the housing 10 to the mounting surface of the vehicle roof via the mounting mechanism 40, the entire vehicle body can be used as the metal around the slots 111, 114 and the slits 112, 113. The antenna performance can be improved as compared to the free space.
  • FIG. 4 is a graph showing the gain characteristic on the first side
  • FIG. 5 is a graph showing the gain characteristic on the second side
  • FIG. 6 is a gain characteristic on the third side
  • FIG. 7 is a graph showing the gain characteristic on the fourth side.
  • the vertical axis represents the horizontal average gain (dBi), and the horizontal axis represents the frequency (MHz).
  • the solid lines in FIGS. 4 to 7 are horizontal plane average gains G11, G21, G31, and G41 when the planar antenna 30 is provided as shown in FIG. 4 to 7 indicate horizontal plane average gains G12, G22, G32, and G42 when the planar antenna 30 is removed from the circuit board 20.
  • the horizontal plane average gains G11 and G41 of the slot antennas on the first side surface and the fourth side surface and the horizontal plane average gains G21 and G31 of the slit antennas on the second side surface and the third side surface are obtained from the plane antenna 30. Even if it is installed or removed, it does not change greatly. That is, four LTE antennas covering all directions in a horizontal plane and the GNSS planar antenna 30 can be bundled in a single casing 10 without interference.
  • the horizontal average gain G11, G21, G31, G41 of each slot antenna and slit antenna is not much different from the average gain of a shark fin antenna having a length of 100 mm, a width of 50 mm, and a height of 45 mm disclosed in Patent Document 1, Rather, there is even a frequency band in which the horizontal plane average gain of the antenna device 1 of the present embodiment is higher. Since the antenna device 1 of the present embodiment has a height of 17 mm, there is an advantage that the antenna device 1 can be reduced in height with substantially the same antenna characteristics as compared with the conventional antenna device.
  • FIG. 8 is a graph showing the gain characteristics of the planar antenna 30 in the GNSS frequency band, where the vertical axis is the average gain (dBi) and the horizontal axis is the angle (°).
  • the solid line is the average gain G51 of the planar antenna 30 when the housing 10 is present, and the broken line is the average gain G52 of the planar antenna 30 when the housing 10 is removed.
  • Each is an average gain when it is provided at a mounting portion of a vehicle roof having a depression.
  • the angle 0 ° and the angle 360 ° are directions from the dielectric of the planar antenna 30 toward the radiating element at the zenith, that is, the zenith direction of the vehicle body when the antenna device 1 is installed at a vehicle roof attachment site.
  • FIG. 8 shows that the average gain G51 of the planar antenna 30 does not change greatly even if the planar antenna 30 is installed between the slot antenna and the slit antenna.
  • the direction orthogonal to the slots 111 and 114 and the slits 112 and 113 is the main polarization. Therefore, even when the casing 10 is lowered to about 17 mm, the vertical polarization The gain can be maintained. Further, the gain of the vertically polarized waves in the opening direction of the slots 111 and 114 and the slits 112 and 113, that is, in the horizontal direction can be increased. Therefore, by providing a recess in a part of the vehicle roof and installing the antenna device 1 having a shape and size that fits the surface of the recess, the antenna device 1 can be mounted on the vehicle while ensuring gain in all azimuth angles in the horizontal direction. It can be provided without protruding from the roof. Therefore, it is possible to make the antenna device 1 unrecognizable from the appearance. Thereby, the freedom degree of vehicle design can be raised and there can exist an effect which cannot be obtained from this kind of conventional antenna device from a viewpoint of vehicle design.
  • the example in which the first side surface, the second side surface, the third side surface, and the fourth side surface are each substantially perpendicular to the mounting surface (grounding surface) of the vehicle roof has been described.
  • the angle with the surface may be arbitrary.
  • the slots 111 and 114 and the slits 112 and 113 are parallel to the ground plane, the gain of vertical polarization in the horizontal direction can be obtained. If the slots 111 and 114 and the slits 112 and 113 are respectively oriented in the horizontal direction, the gain of vertical polarization in the horizontal direction can be obtained.
  • the example in which the bottom surface, the partial surface, and the first side surface to the fourth side surface are all integral surfaces has been described.
  • the bottom surface and at least one side surface, the partial surface and at least one side surface, at least two side surfaces, or the bottom surface, three side surfaces, and the partial surface may be integrally formed. As a result, processing and mass production are easier than in the case where all surfaces are physically separated, and costs can be reduced.
  • the planar antenna 30 is a GNSS antenna, but may be an SXM (Sirius XM) antenna using another artificial satellite.
  • FIG. 9 is a graph showing gain characteristics of the planar antenna in the SXM frequency band, where the vertical axis represents average gain (dBi) and the horizontal axis represents angle (°).
  • the solid line is the average gain G61 of the planar antenna when the casing 10 is present, and the broken line is the average gain G62 of the planar antenna when the casing 10 is removed.
  • Each is an average gain when it is provided at a mounting portion of a vehicle roof having a depression.
  • Angles 0 ° and 360 ° are directions from the dielectric of the planar antenna toward the radiating element at the zenith. From FIG. 9, it can be understood that the average gain of the planar antenna G61 does not change greatly even in the case of the planar antenna for SXM even if it is installed in the slot antenna and the slit antenna.
  • a second embodiment of the present invention will be described.
  • the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • a circuit board 20 is arranged inside a box-shaped housing 10-2 in which the entire zenith surface is open.
  • a planar antenna 30 for GNSS and a planar antenna 50 for SXM are arranged side by side on the substrate 20 at a predetermined interval.
  • the casing 10-2 itself operates as an antenna, and the bottom structure thereof is the same as that of the casing 10 of the first embodiment.
  • the bottom surface and the first to fourth side surfaces are integrally formed is shown, at least two side surfaces, or the bottom surface and at least one side surface may be integrated.
  • a slot 211 is formed on the first side surface of the housing 10-2 over the second side surface and the third side surface.
  • the slot 211 is the same size as the slot 111 of the first embodiment. Therefore, by setting the feeding point to an appropriate position, the slot 211 can be operated as a 4 ⁇ 4 MIMO first antenna that transmits and receives radio waves in the entire frequency band of LTE.
  • a slot 214 is formed on the fourth side surface of the housing 10-2 over the second side surface and the third side surface.
  • the slot 214 is the same size as the slot 114 of the first embodiment. Therefore, by setting the feeding point to an appropriate position, the slot 214 can be operated as a 4 ⁇ 4 MIMO fourth antenna that transmits and receives radio waves in the entire LTE frequency band.
  • a slot 212 is formed on the second side surface of the housing 10-2, and a slot 213 is formed on the third side surface.
  • the slots 212 and 213 have a length and a position at which the feeding point can be transmitted and received in the LTE high-frequency band, so that the second antenna of 4 ⁇ 4 MIMO that covers the LTE high-frequency band, It can be operated as a third antenna.
  • the direction orthogonal to the slots 211 to 214 is the main polarization. Therefore, even when the casing 10-2 is lowered to about 17 mm, the gain of the vertical polarization is increased. Further, it is possible to increase the gain of vertical polarization in the opening direction of each of the slots 211 to 214, that is, in the horizontal direction.
  • the average gain of the planar antennas 30 and 50 is the same as that of the first embodiment. Since the antenna device 2 has the planar antennas 30 and 50 arranged side by side, the antenna device 2 can receive both GNSS radio waves and SXM radio waves.
  • FIG. 11 A third embodiment of the present invention will be described.
  • a circuit board 20 is arranged inside a box-shaped casing 10-3 having an open top, and this circuit board is arranged.
  • the GNSS planar antenna 30 and the SXM planar antenna 50 are arranged side by side at a predetermined interval.
  • the casing 10-3 itself operates as an antenna, and the bottom structure thereof is the same as that of the casing 10 of the first embodiment.
  • the bottom surface and the first to fourth side surfaces are integrally formed is shown, at least two side surfaces or the bottom surface and at least one side surface may be integrated. It is clear from the graphs of gain characteristics in FIGS. 8 and 9 that the casing 10-3 has an opening at the top surface and does not affect the average gain of the planar antennas 30 and 50.
  • FIG. 8 and 9 A third embodiment of the present invention will be described.
  • Slots 311, 312, 313, and 314 are formed in the first side surface, the second side surface, the third side surface, and the fourth side surface of the housing 10-3, respectively.
  • the slots 311 and 314 have their sizes and feed point positions determined so as to resonate in the high frequency band of LTE.
  • the slots 312 and 313 have their sizes and feed point positions determined so as to resonate in the entire LTE frequency band.
  • the direction orthogonal to the slots 311 to 314 is the main polarization, so that even when the casing 10-3 is lowered to about 17 mm, the gain of the vertically polarized wave Can be maintained. Further, it is possible to increase the gain of vertical polarization in the opening direction of the slots 311 to 314, that is, in the horizontal direction.
  • the antenna device 4 of the fourth embodiment includes a part of the second side surface and part of the third side surface of the housing 10-3 of the antenna device 3 of the third embodiment.
  • a housing 10-4 having a cut-out structure is provided.
  • Other configurations are the same as those of the antenna device 3. That is, of the first side surface, the second side surface, the third side surface, and the fourth side surface of the housing 10-4 of the antenna device 4, a slot 411 is formed on the first side surface, and a slot 414 is formed on the fourth side surface.
  • the slots 411 and 414 have their sizes and feed point positions determined so as to resonate in the high frequency band of LTE.
  • first side surface, the second side surface, and the third side surface, and the second side surface, the third side surface, and the fourth side surface may be separated from each other.
  • the direction orthogonal to the slots 411 and 414 is the main polarization. Therefore, even when the casing 10-4 is lowered to about 17 mm, the gain of the vertically polarized wave Can be maintained. Further, the gain of the vertically polarized wave in the opening direction of the slots 411 and 414, that is, in the horizontal direction can be increased. Since the second side surface and the third side surface are notched, the influence on the planar antennas 30 and 50 is reduced compared to the antenna devices 1, 2, and 3 of the first, second, and third embodiments.
  • a fifth embodiment of the present invention will be described.
  • a circuit board 20 is disposed inside a box-shaped casing 10-5 having an open top, and this circuit board is arranged.
  • a GNSS planar antenna 30 and an SXM planar antenna 50 are arranged at predetermined intervals.
  • the casing 10-5 itself operates as an antenna, and the bottom structure thereof is the same as that of the casing 10 of the first embodiment.
  • the bottom surface and the first to fourth side surfaces are integrally formed is shown, at least two side surfaces or the bottom surface and at least one side surface may be integrated.
  • Slits 511, 512, 513, and 514 are formed in the first side surface, the second side surface, the third side surface, and the fourth side surface of the housing 10-5, respectively.
  • Each of the slits 511 to 514 has an open end formed in the frame of the housing 10-5 and a closed end formed at a position deviating toward the corner of the other side surface adjacent to the slit.
  • the slit 511 is formed by cutting the portion from the short end frame of the housing 10-5 to the substantially central portion of the thickness in the bottom surface direction and then changing the direction in the direction of the third side surface. Closed end.
  • the feeding point for the slit 511 is provided at a position deviated from a substantially intermediate position between the part whose direction is changed and the closed end to the closed end.
  • the length from the feeding point to the slit open end is 1 ⁇ 4 of the wavelength ⁇ H in the LTE high frequency band.
  • the slit 514 on the fourth side also has the same structure as the slit 511 on the first side.
  • the portion that is cut from the long end frame of the housing 10-5 to the substantially central portion in the bottom surface direction and then turned in the direction of the fourth side surface becomes the closed end.
  • the feeding point for the slit 513 is provided, for example, at a position deviated from a substantially middle position between the part whose direction is changed and the closed end to the closed end.
  • the length from the feeding point to the slit open end is 1/4 of the wavelength ⁇ L in the LTE low frequency band.
  • the slit 512 on the second side is the same as the slit 513 on the third side.
  • FIG. 14 A sixth embodiment of the present invention will be described.
  • the first side surface and the fourth side surface of the housing 10-4 of the antenna device 4 of the fourth embodiment are curved with respect to each other. And an opposite casing 10-6. Note that the second side surface and the third side surface are notched.
  • the circuit board 20 is shaped to be accommodated on the first side surface and the fourth side surface.
  • a slit 611 is formed on the first side surface, and a slit 614 is formed on the fourth side surface.
  • the bottom surface, the first side surface, and the fourth side surface are integrally formed.
  • the first side surface and the fourth side surface may be a pair of side surfaces separated from each other.
  • the slit 611 has a closed end at a portion of the first side surface of the housing 10-6 that is cut in parallel to the bottom surface and the mounting surface from a substantially central portion in the height direction.
  • the feeding point for the slit 611 is provided, for example, at a position deviated from the substantially middle between the notch and the closed end to the closed end.
  • the length from the feeding point to the slit open end is 1 ⁇ 4 of the wavelength ⁇ H in the LTE high frequency band.
  • the slit 614 on the fourth side surface has the same structure as the slit 611 on the first side surface.
  • the direction orthogonal to the slits 611 and 614 is the main polarization. Therefore, even when the casing 10-6 is lowered to about 17 mm, the gain of the vertically polarized wave can be maintained, and the opening direction of the slits 611 and 614, that is, the horizontally polarized wave of the vertically polarized wave can be maintained. Gain can be increased. Since the second side surface and the third side surface are notched, the influence on the planar antennas 30 and 50 is reduced compared to the antenna devices 1, 2, 3, and 5 of the first, second, third, and fifth embodiments.
  • the antenna device 7 of the seventh embodiment includes a housing 10-7 having the same structure as the housing 10-4 of the antenna device 4 of the fourth embodiment.
  • the casing 10-7 itself also operates as an antenna, and the structure of the bottom surface portion and the circuit board 20 are the same as those of the antenna device 4.
  • the slot 711 formed on the first side surface is the same as the slot 411 of the antenna device 4, and the slot 714 formed on the fourth side surface is the same as the slot 414 of the antenna device 4. Therefore, the antenna characteristics and directivity are the same as those of the antenna device 4.
  • the difference is that a TCU (Telematics Communication Unit) 60 is arranged on the circuit board 20 instead of the planar antennas 30 and 50.
  • the TCU 60 is a unit that establishes a communication path with a predetermined data center and receives information useful for driving and charging.
  • FIG. 16A is a first side view of the antenna device 8 of the eighth embodiment
  • FIG. 16B is a front view
  • FIG. 16C is a fourth side view
  • FIG. 16D is a bottom view.
  • This antenna device 8 is made of a resin, that is, a plate body 80 made of an insulator and having a slit 811 formed of a metal film 81 on the surface thereof.
  • the plate body 80 is installed perpendicular to the mounting surface.
  • the length of the slit 811 and the position of the feeding point are determined so as to resonate in the frequency band to be used. In the antenna device 8 having such a configuration, the gain of vertical polarization in the horizontal direction toward the slit 811 is increased.
  • the part to which this can be attached is only the thickness of the plate body 80 and the length of the long side, it is not necessarily limited to the vehicle roof but can be the side surface of the vehicle body.
  • a slit antenna can be realized by simply attaching the metal film 81 to the resin, which is advantageous in terms of cost.
  • the case 10, 10-2 to 10-7 and the plate body 80 are assumed to be mounted in parallel with the mounting surface of the vehicle roof serving as the ground contact surface and the ground.
  • the slot 111 and the slit 113 and the like may be formed perpendicular to the ground.

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Abstract

モノポールアンテナに代わる新たな小型低背のアンテナ装置を提供する。アンテナ装置は、車両に取り付けられるもので、車両は取付面を有し、取付面と略直交する面上に互いに異なる角度で形成された複数の金属面を有する。取付面に対向する部位が開口しており、各金属面には垂直偏波用のスロットアンテナとスリットアンテナの少なくとも一方とが形成されている。

Description

アンテナ装置
　本発明は、小型低背の車載用のアンテナ装置に関する。
　近年、車両においてＬＴＥ（Long Term Evolution）通信及びＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）通信を可能にするアンテナ装置の需要が高まっている。ＬＴＥ通信は第３世代通信（３Ｇ）を高速化した通信形態である。ＭＩＭＯ通信は複数のアンテナを使い、それぞれのアンテナから異なるデータを送信し、複数のアンテナで同時にデータを受信する通信形態である。
　ＬＴＥ通信用のアンテナ装置として、従来、特許文献１に開示されているアンテナ装置が知られている。このアンテナ装置は、長さが１００ｍｍ、幅が５０ｍｍ、高さが４５ｍｍのシャークフィンアンテナハウジングに収納される複数のアンテナを含み、そのうちの一つは、アンテナ装置の高さを決定づける不平衡アンテナ、つまりモノポールアンテナとなっている。特許文献１に開示されたアンテナ装置に限らず、車載用のアンテナ装置は、車両ルーフを接地面として利用するため、モノポールアンテナを使用するものが多い。
特表２０１６－５０４７９９号公報
　ＬＴＥ通信やＭＩＭＯ通信で用いるアンテナ装置は、天頂方向（大地に対して鉛直上方）と直交する水平方向（大地に対して平行方向）の利得が高い方が好ましい。また、車載用のアンテナ装置には、小型低背の要求がある。しかし、特許文献１に開示されたアンテナ装置のようにモノポールアンテナを低背化させると、天頂方向のアンテナサイズ（高さ）が減少することに起因してＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio）の劣化や利得の低下を招く。モノポールアンテナの場合、アンテナコイルなどを装荷して共振条件を満たす、インピーダンス整合回路を介挿する等によってある程度の低背化は可能である。しかし、アンテナ自体のＶＳＷＲの劣化や利得の低下については改善することは困難である。また、車載アンテナ装置でＭＩＭＯ通信を行う場合、複数のアンテナを搭載する必要があるので小型化には限界がある。
　本発明は、モノポールアンテナに代わる小型低背の新たなアンテナ装置を提供することを目的とする。
　本発明が提供するアンテナ装置は、車両に取り付けられるアンテナ装置であって、前記車両は取付面を有し、前記取付面と略直交する面上に互いに異なる角度で形成された複数の金属面を有し、前記取付面に対向する部位が開口しており、各金属面には垂直偏波用のスロットアンテナとスリットアンテナの少なくとも一方が形成されていることを特徴とする。
　スロットやスリットをアンテナエレメントとする場合、アンテナエレメントに直交する方向が主偏波となる。また、スロットやスリットの開口方向（取付面と略平行な平面における当該スロットやスリットの長辺と略垂直の方向）に利得が強く出る。本発明のアンテナ装置は、金属面に垂直偏波用のスロットとスリットの少なくとも一方が形成されているので、低背であっても取付面に平行な方向の垂直偏波の利得を高めることができる。さらに、複数の金属面が互いに異なる角度で形成されているので、スロットやスリットの開口方向を様々な方向とすることができる。従って、様々な方向で垂直偏波の利得を高めることができる。さらに、回路基板等のアンテナ装置に関する部材やアンテナ部品を取付面に対向する部位に配置した場合に、取付面に対向する部位が開口している。従って、取付面に対向する部位が開口していない場合に比べて、部材やアンテナ部品の変更や修理等が行いやすい。
第１実施形態に係るアンテナ装置の外観斜視図。 筐体の第１側面の構造例を示した図。 筐体の第２側面の構造例を示した図。 筐体の第３側面の構造例を示した図。 筐体の第４側面の構造例を示した図。 筐体の上面図。 筐体の底面図。 筐体の第１側面の水平方向における垂直偏波の水平面平均利得特性図。 筐体の第２側面の水平方向における垂直偏波の水平面平均利得特性図。 筐体の第３側面の水平方向における垂直偏波の水平面平均利得特性図。 筐体の第４側面の水平方向における垂直偏波の水平面平均利得特性図。 ＧＮＳＳの周波数帯における平面アンテナの平均利得特性図。 ＳＸＭの周波数帯における平面アンテナの平均利得特性図。 第２実施形態に係るアンテナ装置の外観斜視図。 第３実施形態に係るアンテナ装置の外観斜視図。 第４実施形態に係るアンテナ装置の外観斜視図。 第５実施形態に係るアンテナ装置の外観斜視図。 第６実施形態に係るアンテナ装置の外観斜視図。 第７実施形態に係るアンテナ装置の外観斜視図。 第８実施形態のアンテナ装置の第１側面図。 第８実施形態のアンテナ装置の正面図。 第８実施形態のアンテナ装置の第４側面図。 第８実施形態のアンテナ装置の下面図。
　以下、本発明を、ＬＴＥ通信及び衛星測位システムの受信に用いることができる車載用のアンテナ装置に適用した場合の実施の形態例を説明する。
［第１実施形態］
　図１は第１実施形態に係るアンテナ装置の要部の構造例を示す外観斜視図である。このアンテナ装置１は、それ自体でＬＴＥ通信用のアンテナとして動作する筐体１０と、この筐体１０の所定領域に収納される絶縁性の回路基板２０と、回路基板２０に設けられた平面アンテナ３０とを有する。これらは、電波透過性の材質、例えば樹脂製のケースに収容され、例えば車両ルーフの窪み面などに嵌めこまれて使用される。図１では、ケースの図示を省略している。車両ルーフの窪み面を、以後「取付面」と称する。平面アンテナ３０は、本実施形態では、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）用の電波を受信するパッチアンテナであり、取付面と略平行に設置される。すなわち、平面アンテナ３０は、厚みを有する絶縁性の誘電体の天頂部に取付面と略平行の放射素子を形成して構成される。回路基板２０には、後述する複数の給電点との接続部材と、車両側の電子機器に電気的に接続される増幅器等とを含むアンテナ部品も実装されている。
　筐体１０は、箱状の金属筐体である。本実施形態では、一対の短端面と一対の長端面を有する略矩形柱の金属筐体を用いる。筐体１０が樹脂製のホルダーに支えられていても良い。本明細書では、筐体１０のうち、図１左側の短端面全体を「第１側面」、図１では見えないもう一つの短端面全体を「第４側面」、図１右側手前の長端面全体を「第３側面」、図１では見えないもう一つの長端面全体を「第２側面」と呼ぶ。また、筐体１０の上底部全体を「天頂面」、図１では見えない下底部全体を「底面」と呼ぶ。第１側面、第２側面、第３側面、第４側面は、底面から起立する。図２Ａは第１側面、図２Ｂは第２側面、図２Ｃは第３側面、図２Ｄは第４側面の筐体１０の構造説明図である。また、図３Ａは底面に対向する天頂面、図３Ｂは底面の筐体１０の構造説明図である。
　第１側面、第２側面、第３側面、第４側面はそれぞれ金属面であり、平面アンテナ３０が存在する所定領域を囲むように、第１側面～第４側面が互いに９０度をなしている。第１側面～第４側面は、各側面が全方位を向いている。第１側面、第２側面、第３側面、第４側面は、また、取付面への設置時に、車両ルーフに対してそれぞれ略直交する。車両ルーフは接地電位であり、筐体１０の底面の面積に比べて無限大の面積の大地とほぼ等価となるほどの複数倍の面積をもつ。そのため、第１側面、第２側面、第３側面、第４側面が指向する面で、水平方向で３６０度の全方位に指向性を持つアンテナエレメントとして動作し得る。これらのアンテナエレメントの動作原理については、後述する。
　天頂面と底面もまた金属面となる。天頂面と底面は取付面と対向する面であり、天頂面はその中央部が略十字状に開口している。開口された部位を「開口部」、開口部以外の天頂面を「部分面」と呼ぶ。平面アンテナ３０は、開口部のほぼ中央部で露出している。そのため、平面アンテナ３０は、ＧＮＳＳ用の電波を受信する際に筐体１０の影響を受けにくくなっている。この効果については、後述する。なお、開口部を略十字状としたのは、筐体１０の平面アンテナ３０への干渉を低減させるためである。しかし、平面アンテナ３０の形状によっては、開口部を他の形状にしても構わない。例えば楕円状、矩形状としても良い。底面は、車両側への取付機構４０を除く部分が全て金属面となる。
　筐体１０のサイズは、例えば天頂面及び底面の長辺が約２００ｍｍ、短辺が約１００ｍｍ、厚み（第１側面、第２側面、第３側面、第４側面の高さ）が約１７ｍｍである。ケースは筐体１０よりも僅かに大きいが、取付面からの高さは約２０ｍｍ以下となる。
　第１側面にはスロット１１１が形成されている。スロット１１１は、図２Ａに示されるように、車両ルーフの取付面と平行又は略平行に形成され、両スロット端が、隣り合う第２側面及び第３側面に跨がる。スロット１１１が、第１側面のほか、隣り合う第２側面、第３側面に及ぶことで、スロット１１１を第１側面のみに形成する場合に比べてアンテナ装置１の幅（第１側面の幅）を狭くすることができる。また、取付面が接地面であるので、スロット１１１は、動作時に垂直偏波用のスロットアンテナとして動作する。送受信可能な周波数は、給電点の位置によってフレキシブルに決めることができる。給電点への給電は、例えば同軸ケーブルを用いる場合、芯線がスロット１１１の上縁（内縁の上方）、接地線がスロットの下縁（内縁の下付）に接続されることにより行われる。この給電点は、スロット１１１の中央部よりも左右いずれかにオフセットした部位に設ける。
　例えば、給電点をスロット１１１のうち第１側面の第３側面寄りの位置に設けたとする。この場合、スロット１１１は、それぞれ反対方向から給電点を臨む第１スロット端（第２側面の閉端）と第２スロット端（第３側面の閉端）とを有することになる。第１スロット端から給電点までの長さは、ＬＴＥのＬｏｗＢａｎｄ（低周波帯域：以下同じ）の７００～９００ＭＨｚ帯で共振する波長（共振長）λＬの１／２とする。また、第２スロット端から給電点までの長さはＬＴＥのＨｉｇｈＢａｎｄ（高周波帯域：以下同じ）の１．７ＧＨｚ～２．７ＧＨｚで共振する波長（共振長）λＨの１／２とする。これにより、スロット１１１を、ＬＴＥ帯の全周波数帯で共振し、かつ、垂直偏波の送受信を可能にするスロットアンテナとして動作させることができる。
　なお、各周波数帯域で使用できる周波数には一定の範囲（幅）がある。そのため、波長ないし共振長という場合、使用する周波数を中心とした一定の範囲（幅）の波長ないし共振長をいうものとする。
　スロット１１４は、図２Ｄに示される通り、構造がスロット１１１と同様となる。つまり、スロット１１４を、ＬＴＥ帯の全周波数帯で共振し、かつ、垂直偏波の送受信を可能にするスロットアンテナとして動作させることができる。この場合、ＬＴＥ帯の低周波帯域で共振する波長（共振長）λＬの１／２と、ＬＴＥ帯の高周波帯域で共振する波長（共振長）λＨの１／２となる位置（例えばスロット内縁）に給電点を設ける。なお、スロット１１１とスロット１１４の給電点は、天頂面から見て点対称となる位置、つまり筐体１０において互いに最も離れた位置に設ける。これにより、両スロット１１１，１１４間の相関を弱めて、相互干渉を低減させることができる。
　スロット１１１及びスロット１１４は、これらと直交する方向に主偏波が発生する。そのため、これらのスロットアンテナの主偏波は垂直偏波となる。つまり、スロット１１１及びスロット１１４が接地面に平行であれば、これらの主偏波は垂直偏波となる。また、スロットアンテナでは、スロット１１１及びスロット１１４が形成されている面の向いている方向（スロット１１１及びスロット１１４の開口方向）の利得が強く出る。そのため、これらを主要エレメントとするスロットアンテナは、スロット１１１及びスロット１１４が形成されている面の向いている水平方向における垂直偏波の利得が相対的に強くなる。例えば、第１側面を車両の前方に向け第４側面を車両の後方に向けてアンテナ装置１を取付面に取り付けた際には、スロット１１１が車両の前方を向いて形成され、スロット１１４が車両の後方を向いて形成されているので、車両の前後方向の水平方向における垂直偏波の利得が相対的に強くなる。この傾向は、後述するスリットアンテナにおいても同様となる。そのため、アンテナ装置１の取付面が車両ルーフから窪んでいても利得の低下が抑制される。
　本実施形態では、ＬＴＥの低周波帯域と高周波帯域での信号の送信又は受信が可能となるように、スロット１１１及びスロット１１４のサイズと、各スロット１１１，１１４の内縁の給電点の位置とを決定した。以後の説明では、スロット１１１を「ＬＴＥ第１アンテナ」、スロット１１４を「ＬＴＥ第４アンテナ」と呼ぶ。
　ＬＴＥ第１アンテナは、第１側面の向いている水平方向の垂直偏波の利得が強くなる。そのため、例えば４×４ＭＩＭＯの第１アンテナとして動作させることができる。また、ＬＴＥ第４アンテナは、第４側面の向いている水平方向の垂直偏波の利得が強くなる。そのため、例えば４×４ＭＩＭＯの第４アンテナとして動作させることができる。
　本実施形態では、また、第２側面にスリット１１２、第３側面にスリット１１３を形成し、これらをＬＴＥ用のスリットアンテナとして動作させる。
　図１及び図２Ｂに示される通り、スリット１１２は、開放端が天頂面に形成され、閉端がスロット１１１，１１４の中間よりも少しスロット１１１側に偏った位置に形成される。第２側面について説明すると、スリット１１２は、天頂面から底面方向に厚みの略中央部分まで切り込まれた後、スロット１１１の方向に向きを変えた直後の部分が閉端となる。スリット１１２の給電点は、例えば向きを変えた部位と閉端とのほぼ中間から閉端に偏った位置に設けられる。給電点からスリット開放端までの長さは、ＬＴＥの高周波帯の波長λＨの１／４である。
　以後の説明では、スリット１１２を「ＬＴＥ第２アンテナ」と呼ぶ。ＬＴＥ第２アンテナは、第２側面の向いている水平方向の垂直偏波の利得が強くなる。そのため、例えば４×４ＭＩＭＯアンテナにおける第２アンテナとして動作させることができる。
　スリット１１３の構造及びその給電点の位置は、図２Ｃに示される通り、スリット１１２と同じとなる。スリット１１３を「ＬＴＥ第３アンテナ」と呼ぶ。ＬＴＥ第３アンテナは、第３側面の向いている水平方向の垂直偏波の利得が強くなる。そのため、例えば４×４ＭＩＭＯアンテナにおける第３アンテナとして動作させることができる。
　第１側面、第２側面、第３側面、第４側面、天頂面（部分面）及び底面は、全て一体の面であり、各スロット１１１，１１４及び各スリット１１２，１１３の周囲の金属の面積を、広大に確保することができる。そのため、そのような金属の面積が確保できない場合に比べて送受信できる周波数の帯域を拡げることができ、アンテナ効率も高まる。
　また、筐体１０を取付機構４０を介して車両ルーフの取付面と電気的に接続することで、車体全体を各スロット１１１，１１４及び各スリット１１２，１１３の周囲の金属として用いることができ、自由空間内よりもアンテナ性能を向上させることができる。また、例えばアンテナ装置１を周囲が金属となる窪みに配置させた場合であっても、特許文献１に開示された従来のモノポールアンテナと比較して、ＶＳＷＲや水平方向の利得の低下が抑制される。
　次に、本実施形態のアンテナ装置１のアンテナ特性について説明する。図４は第１側面における利得特性、図５は第２側面における利得特性、図６は第３側面における利得特性、図７は第４側面における利得特性を示すグラフである。それぞれ、縦軸は水平面平均利得（ｄＢｉ）、横軸は周波数（ＭＨｚ）である。また、図４～図７の実線は、図１に示されるように平面アンテナ３０を設けた場合の水平面平均利得Ｇ１１，Ｇ２１，Ｇ３１，Ｇ４１である。図４～図７の破線は、回路基板２０から平面アンテナ３０を取り外した場合の水平面平均利得Ｇ１２，Ｇ２２，Ｇ３２，Ｇ４２である。図４～図７から、第１側面および第４側面の各スロットアンテナの水平面平均利得Ｇ１１，Ｇ４１と、第２側面および第３側面の各スリットアンテナの水平面平均利得Ｇ２１，Ｇ３１は、平面アンテナ３０を設置しても取り外しても大きく変わらない。つまり、一つの筐体１０に水平面において全方位をカバーする４つのＬＴＥ用のアンテナと、ＧＮＳＳ用の平面アンテナ３０とを干渉なく同梱することができる。
　また、各スロットアンテナ及びスリットアンテナの水平面平均利得Ｇ１１，Ｇ２１，Ｇ３１，Ｇ４１は、特許文献１に開示された長さ１００ｍｍ、幅５０ｍｍ、高さ４５ｍｍのシャークフィンアンテナの平均利得とさほど変わらず、むしろ本実施形態のアンテナ装置１の水平面平均利得の方が高くなる周波数帯さえある。本実施形態のアンテナ装置１は高さが１７ｍｍなので、従来型のアンテナ装置に比べてほぼ同じアンテナ特性で、より低背化にすることができるという利点がある。
　図８は、ＧＮＳＳの周波数帯における平面アンテナ３０の利得特性を示すグラフであり、縦軸は平均利得（ｄＢｉ）、横軸は角度（°）である。実線は筐体１０が存在するときの平面アンテナ３０の平均利得Ｇ５１であり、破線は筐体１０を取り外したときの平面アンテナ３０の平均利得Ｇ５２である。それぞれ、窪みのある車両ルーフの取付部位に設けたときの平均利得である。角度０°および角度３６０°は平面アンテナ３０の誘電体から天頂部の放射素子に向かう方向、すなわち、アンテナ装置１を車両ルーフの取付部位に設置したときは車体の天頂方向である。１２０°～２４０°は、窪みのある車両ルーフの取付部位の側壁から取付面に向かう方向となる。図８より、スロットアンテナとスリットアンテナの中に平面アンテナ３０を設置しても平面アンテナ３０の平均利得Ｇ５１は大きく変わらないことがわかる。
　以上の通り、第１実施形態では、スロット１１１，１１４及びスリット１１２，１１３に直交する方向が主偏波となるため、筐体１０を約１７ｍｍまで低背化させた場合においても、垂直偏波の利得を維持することができる。さらに、スロット１１１，１１４及びスリット１１２，１１３の開口方向、すなわち水平方向の垂直偏波の利得を高めることができる。そのため、車両ルーフの一部に窪みを設け、その窪みの面に適合する形状及びサイズのアンテナ装置１を設置することで、水平方向の全方位角における利得を確保しつつ、アンテナ装置１を車両ルーフから突出させずに設けることができる。従って、外観からアンテナ装置１を認識できなくなるようにすることができる。これにより、車両デザインの自由度を高めることができ、車両デザインの観点からは従来のこの種のアンテナ装置からは得られない効果を奏することができる。
　なお、第１実施形態では、第１側面、第２側面、第３側面、第４側面がそれぞれ車両ルーフの取付面（接地面）と略垂直となる例を説明したが、これらの側面と取付面との角度は任意で良い。スロット１１１，１１４及びスリット１１２，１１３がそれぞれ接地面に平行となる関係であれば、水平方向の垂直偏波の利得を得ることができる。スロット１１１，１１４及びスリット１１２，１１３がそれぞれ水平方向を向いていれば、水平方向の垂直偏波の利得を得ることができる。
　第１実施形態では、また、底面、部分面、第１側面から第４側面が全て一体の面である場合の例を説明したが、この限りでない。底面と少なくとも一つの側面、部分面と少なくとも一つの側面、少なくとも二つの側面、あるいは、底面と三つの側面と部分面とが一体に形成されている構成であっても良い。これにより、全ての面が物理的に分離されている場合よりも加工・量産が容易となり、低コスト化を図ることができる。
＜変形例＞
　第１実施形態では、平面アンテナ３０がＧＮＳＳ用のアンテナであったが、他の人工衛星を用いたＳＸＭ（Sirius XM）用のアンテナとすることもできる。図９は、ＳＸＭ用の周波数帯における平面アンテナの利得特性を示すグラフであり、縦軸は平均利得（ｄＢｉ）、横軸は角度（°）である。実線は筐体１０が存在するときの平面アンテナの平均利得Ｇ６１であり、破線は筐体１０を取り外したときの平面アンテナの平均利得Ｇ６２である。それぞれ、窪みのある車両ルーフの取付部位に設けたときの平均利得である。角度０°および角度３６０°は平面アンテナの誘電体から天頂部の放射素子に向かう方向である。図９より、ＳＸＭ用の平面アンテナの場合も、スロットアンテナとスリットアンテナの中に設置しても平面アンテナＧ６１の平均利得は大きく変わらないことがわかる。
[第２実施形態]
　本発明の第２実施形態を説明する。第１実施形態と同じ部品については同一符号を付してその説明を省略する。第２実施形態のアンテナ装置２は、図１０の外観斜視図に示されるように、天頂面が全て開口している箱状の筐体１０－２の内部に回路基板２０を配置し、この回路基板２０に所定間隔でＧＮＳＳ用の平面アンテナ３０とＳＸＭ用の平面アンテナ５０とを並べて配置したものである。筐体１０－２は、それ自体でアンテナとして動作するものであり、その底面の構造は第１実施形態の筐体１０と同じである。また、底面と第１ないし第４側面とは一体に形成されている例を示すが、少なくとも二つの側面、あるいは、底面と少なくとも一つの側面とが一体であっても良い。
　筐体１０－２の第１側面には、第２側面および第３側面にわたり、スロット２１１が形成されている。このスロット２１１は、第１実施形態のスロット１１１と同じサイズである。そのため、給電点を適切な位置にすることにより、スロット２１１をＬＴＥの全周波数帯の電波を送受信する４×４ＭＩＭＯの第１アンテナとして動作させることができる。筐体１０－２の第４側面には、第２側面および第３側面にわたり、スロット２１４が形成されている。このスロット２１４は、第１実施形態のスロット１１４と同じサイズである。そのため、給電点を適切な位置にすることにより、スロット２１４をＬＴＥの全周波数帯の電波を送受信する４×４ＭＩＭＯの第４アンテナとして動作させることができる。
　また、筐体１０－２の第２側面にはスロット２１２が形成され、第３側面にはスロット２１３が形成されている。スロット２１２，２１３は、その長さ及び給電点の位置をＬＴＥの高周波帯での送受信を可能にする長さ及び位置にすることにより、ＬＴＥの高周波帯をカバーする４×４ＭＩＭＯの第２アンテナ、第３アンテナとして動作させることができる。第２実施形態のアンテナ装置２は、スロット２１１～２１４に直交する方向が主偏波となるため、筐体１０－２を約１７ｍｍまで低背化させた場合においても、垂直偏波の利得を維持することができ、さらに、スロット２１１～２１４のそれぞれの開口方向、すなわち水平方向の垂直偏波の利得を高めることができる。
　平面アンテナ３０，５０の平均利得については、第１実施形態と同じである。アンテナ装置２には平面アンテナ３０，５０が並べて配置されているので、アンテナ装置２は、ＧＮＳＳ用の電波とＳＸＭ用の電波の両方を受信することができる。
[第３実施形態]
　本発明の第３実施形態を説明する。第３実施形態のアンテナ装置３は、図１１の外観斜視図に示されるように、天頂面が開口している箱状の筐体１０－３の内部に回路基板２０を配置し、この回路基板２０に所定間隔でＧＮＳＳ用の平面アンテナ３０とＳＸＭ用の平面アンテナ５０とを並べて配置したものである。筐体１０－３は、それ自体でアンテナとして動作するものであり、その底面の構造は第１実施形態の筐体１０と同じである。また、底面と第１ないし第４側面とが一体に形成されている例を示すが、少なくとも二つの側面、あるいは、底面と少なくとも一つの側面とが一体であっても良い。筐体１０－３は天頂面が開口しているため、平面アンテナ３０，５０の平均利得に影響を与えないことは、図８及び図９の利得特性のグラフから明らかである。
　筐体１０－３の第１側面、第２側面、第３側面及び第４側面には、それぞれスロット３１１，３１２，３１３，３１４が形成されている。スロット３１１，３１４は、ＬＴＥの高周波帯で共振するように、そのサイズ及び給電点の位置が決定される。また、スロット３１２，３１３は、ＬＴＥの全周波数帯で共振するように、そのサイズ及び給電点の位置が決定される。
　第３実施形態のアンテナ装置３においても、スロット３１１～３１４に直交する方向が主偏波となるため、筐体１０－３を約１７ｍｍまで低背化させた場合においても、垂直偏波の利得を維持することができる。さらに、スロット３１１～３１４の開口方向、すなわち水平方向の垂直偏波の利得を高めることができる。
[第４実施形態]
　本発明の第４実施形態を説明する。第４実施形態のアンテナ装置４は、図１２の外観斜視図に示されるように、第３実施形態のアンテナ装置３の筐体１０－３のうち、第２側面及び第３側面の一部を切り欠いた構造の筐体１０－４を有する。その他の構成は、アンテナ装置３と同じになる。すなわち、アンテナ装置４の筐体１０－４の第１側面、第２側面、第３側面及び第４側面のうち、第１側面にスロット４１１，第４側面にスロット４１４が形成されている。スロット４１１，４１４は、ＬＴＥの高周波帯で共振するように、そのサイズ及び給電点の位置が決定される。第４実施形態では、底面と第１ないし第４側面とが一体に形成されている例を示すが、この限りでない。例えば第１側面、第２側面及び第３側面と、第２側面、第３側面及び第４側面とを、互いに分離した一対の側面としても良い。
　第４実施形態のアンテナ装置４においても、スロット４１１，４１４に直交する方向が主偏波となるため、筐体１０－４を約１７ｍｍまで低背化させた場合においても、垂直偏波の利得を維持することができる。さらに、スロット４１１，４１４の開口方向、すなわち水平方向の垂直偏波の利得を高めることができる。第２側面、第３側面の部分は切り欠かれているため、平面アンテナ３０，５０に与える影響が第１，２，３実施形態のアンテナ装置１，２，３よりも低減される。
[第５実施形態]
　本発明の第５実施形態を説明する。第５実施形態のアンテナ装置５は、図１３の外観斜視図に示されるように、天頂面が開口している箱状の筐体１０－５の内部に回路基板２０を配置し、この回路基板２０に所定間隔でＧＮＳＳ用の平面アンテナ３０とＳＸＭ用の平面アンテナ５０とを配置したものである。筐体１０－５は、それ自体でアンテナとして動作するものであり、その底面の構造は第１実施形態の筐体１０と同じである。底面と第１ないし第４側面とが一体に形成されている例を示すが、少なくとも二つの側面、あるいは、底面と少なくとも一つの側面とが一体であっても良い。筐体１０－５の第１側面、第２側面、第３側面及び第４側面には、それぞれスリット５１１、５１２，５１３，５１４が形成されている。
　各スリット５１１～５１４は、それぞれ開放端が筐体１０－５の枠に形成され、閉端が隣り合う他の側面の角部側に偏った位置に形成される。
　第１側面でいえば、スリット５１１は、筐体１０－５の短端枠から底面方向に厚みの略中央部分まで切り込まれた後、第３側面の方向に向きを変えて進んだ部分が閉端となる。当該スリット５１１用の給電点は、例えば向きを変えた部位と閉端とのほぼ中間から閉端に偏った位置に設けられる。給電点からスリット開放端までの長さは、ＬＴＥの高周波帯の波長λＨの１／４である。第４側面のスリット５１４も第１側面のスリット５１１と同じ構造となる。
　第３側面の場合、筐体１０－５の長端枠から底面方向に厚みの略中央部分まで切り込まれた後、第４側面の方向に向きを変えて進んだ部分が閉端となる。当該スリット５１３用の給電点は、例えば向きを変えた部位と閉端とのほぼ中間から閉端に偏った位置に設けられる。給電点からスリット開放端までの長さは、ＬＴＥの低周波帯の波長λLの１／４である。第２側面のスリット５１２も第３側面のスリット５１３と同様となる。これらのスリット５１１～５１４は、各側面の向いている水平方向の垂直偏波の利得が強くなる。そのため、例えば４×４ＭＩＭＯアンテナにおける第１ないし第４アンテナとして動作させることができる。
[第６実施形態]
　本発明の第６実施形態を説明する。第６実施形態のアンテナ装置６は、図１４の外観斜視図に示されるように、第４実施形態のアンテナ装置４の筐体１０－４のうち、第１側面及び第４側面が、互いに湾曲して対向する筐体１０－６を有する。なお、第２側面及び第３側面の部分は切り欠かれている。回路基板２０は、第１側面及び第４側面に収容される形状になっている。第１側面にはスリット６１１が形成され、第４側面にはスリット６１４が形成されている。底面と第１側面及び第４側面とが一体に形成されているが、この限りでない。例えば第１側面と第４側面とで、互いに分離した一対の側面としても良い。
　スリット６１１は、筐体１０－６の第１側面のうち、高さ方向の略中央部から、底面及び取付面と平行に切り込まれた部分が閉端となる。当該スリット６１１用の給電点は、例えば切り欠き直後と閉端とのほぼ中間から閉端に偏った位置に設けられる。給電点からスリット開放端までの長さは、ＬＴＥの高周波帯の波長λＨの１／４である。第４側面のスリット６１４も第１側面のスリット６１１と同じ構造となる。
　また、スリット６１１が形成された第１側面とスリット６１４が形成された第４側面とは互いに湾曲して対向しているので、湾曲していないときに比べて、スリット６１１，６１４が互いに与える影響を低減することができる。
　第６実施形態のアンテナ装置６においても、スリット６１１，６１４に直交する方向が主偏波となる。そのため、筐体１０－６を約１７ｍｍまで低背化させた場合においても、垂直偏波の利得を維持することができ、さらに、スリット６１１，６１４の開口方向、すなわち水平方向の垂直偏波の利得を高めることができる。第２側面、第３側面の部分は切り欠かれているため、平面アンテナ３０，５０に与える影響が第１，２，３，５実施形態のアンテナ装置１，２，３，５よりも低減される。
[第７実施形態]
　本発明の第７実施形態を説明する。第７実施形態のアンテナ装置７は、図１５の外観斜視図に示されるように、第４実施形態のアンテナ装置４の筐体１０－４と同じ構造の筐体１０－７を有する。この筐体１０－７もそれ自体でアンテナとして動作するものであり、その底面部の構造及び回路基板２０は、アンテナ装置４と同じとなる。第１側面に形成されたスロット７１１はアンテナ装置４のスロット４１１と同じであり、第４側面に形成されたスロット７１４はアンテナ装置４のスロット４１４と同じである。そのため、アンテナ特性や指向性などもアンテナ装置４と同じになる。相違点は、回路基板２０に、平面アンテナ３０，５０に代えて、ＴＣＵ（Telematics Communication Unit）６０が配置されている点である。ＴＣＵ６０は、所定のデータセンタとの間の通信路を確立し、ドライブや充電などに便利な情報を受信するユニットである。
[第８実施形態]
　本発明の第８実施形態を説明する。図１６Ａは第８実施形態のアンテナ装置８の第１側面図、図１６Ｂは正面図、図１６Ｃは第４側面図、図１６Ｄは下面図である。このアンテナ装置８は、樹脂製、つまり絶縁体から成る板体８０の表面に金属膜８１でスリット８１１を形成したものである。板体８０は、取付面に垂直に設置される。スリット８１１の長さ及び給電点の位置は、使用する周波数帯に共振するように決定される。
　このような構成のアンテナ装置８は、スリット８１１の向いている水平方向の垂直偏波の利得が強くなる。これを取り付け可能な部位は、板体８０の厚みと長辺の長さ分だけで済むので、必ずしも車両ルーフに限らず、車体の側面などとすることができる。また、樹脂に金属膜８１を貼り付けるだけで、スリットアンテナを実現することができるので、コスト面でも有利となる。
　第１ないし第７実施形態では、金属製の筐体１０，１０－２～１０－７をそれ自体でスロットアンテナ又はスリットアンテナとして動作させる例について説明したが、これらの筐体１０，１０－２～１０－７を絶縁体で構成し、その表面に金属膜でスロット１１１等又はスリット１１３等を形成するようにしても良い。この方がコストの面で有利となる。
　また、第１ないし第８実施形態では、接地面となる車両ルーフの取付面及び大地と平行に、筐体１０，１０－２～１０－７及び板体８０を取り付けることを想定して説明した。しかし、接地面を有する金属板を大地と垂直に車両に設けることができ、かつ大地よりもその接地面が近い場合、スロット１１１等及びスリット１１３等を大地と垂直に形成しても良い。

Claims (10)

  1. 　車両に取り付けられるアンテナ装置であって、
    　前記車両は取付面を有し、
    　前記取付面と略直交する面上に互いに異なる角度で形成された複数の金属面を有し、
    　前記取付面に対向する部位が開口しており、
    　各金属面には垂直偏波用のスロットアンテナとスリットアンテナの少なくとも一方が形成されていることを特徴とするアンテナ装置。
  2. 　それ自体で前記スロットアンテナ又は前記スリットアンテナを構成する金属製の筐体を備え、
    　前記複数の金属面は、それぞれ所定領域を囲むように前記筐体の底面から起立する前記筐体の側面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。
  3. 　前記底面に対向する天頂面のうち前記開口された部位以外の部分面と少なくとも一つの前記側面、前記底面と少なくとも一つの前記側面、少なくとも二つの前記側面、あるいは、前記底面と少なくとも一つの前記側面と前記部分面とが一体に形成されていることを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。
  4. 　前記筐体の側面は、それぞれ前記取付面と略水平の方向を指向する複数の側面であって二つ以上の側面は隣り合っており、前記スロットアンテナは、前記隣り合う二つ以上の前記側面に跨がって形成されていることを特徴とする
    請求項２又は３に記載のアンテナ装置。
  5. 　前記筐体の側面は、前記所定領域を囲むように対向する一対の金属面を有することを特徴とする請求項２又は３に記載のアンテナ装置。
  6. 　前記一対の金属面は、それぞれその中央部が前記所定領域の中央部から離れる方向に湾曲して対向することを特徴とする請求項５に記載のアンテナ装置。
  7. 　前記所定領域に、前記スロットアンテナ又は前記スリットアンテナと電気的に接続されるアンテナ部品が設けられていることを特徴とする
    請求項２から６のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
  8. 　前記取付面と略平行に配置された平面アンテナをさらに備えており、前記平面アンテナが前記開口している部位から露出していることを特徴とする
    請求項１から７のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
  9. 　前記平面アンテナが所定間隔を置いて２つ以上備えられていることを特徴とする
    　請求項８に記載のアンテナ装置。
  10. 　前記複数の金属面の少なくとも一つが所定形状に形成された絶縁体の表面に形成されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
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