WO2024010006A1 - アンテナ及び車両用アンテナ装置 - Google Patents

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WO2024010006A1
WO2024010006A1 PCT/JP2023/024824 JP2023024824W WO2024010006A1 WO 2024010006 A1 WO2024010006 A1 WO 2024010006A1 JP 2023024824 W JP2023024824 W JP 2023024824W WO 2024010006 A1 WO2024010006 A1 WO 2024010006A1
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WO
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parasitic conductor
radiation plate
antenna
parasitic
radiation
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/024824
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English (en)
French (fr)
Inventor
稔貴 佐山
英明 東海林
友祐 加藤
彰一 竹内
Original Assignee
Agc株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/27Adaptation for use in or on movable bodies
    • H01Q1/32Adaptation for use in or on road or rail vehicles

Definitions

  • the present disclosure relates to an antenna and a vehicle antenna device.
  • the V2X antenna is required to have directivity that can ensure gain in a 180° range from the direction of travel of the vehicle (front or rear) to ⁇ 90° left and right on a horizontal plane.
  • parasitic elements are installed on both sides of the radiating element in order to increase the directivity not only in the normal direction of the patch surface of the radiating element, but also in the left-right direction of the patch surface (vehicle width direction). Patch antennas equipped with the following are known (see, for example, Patent Documents 1, 2, and 3).
  • the parasitic elements arranged on both sides of the radiating element are arranged apart from each other, a shift may occur in their arrangement positions. For example, even if the placement position of one parasitic element is accurate, if the other parasitic element deviates from the correct placement position, the directivity level of the entire antenna may vary.
  • the present disclosure provides an antenna with improved placement accuracy of parasitic conductors placed on both sides of a radiation plate, and a vehicle antenna device including the antenna.
  • a radiation plate having a radiation surface; a grounding plate disposed on a side of the radiation plate opposite to the radiation surface with a dielectric interposed therebetween;
  • a first parasitic conductor arranged in a first direction with respect to the center of gravity of the radiation plate, and a second direction opposite to the first direction with respect to the center of gravity of the radiation plate.
  • a parasitic element including a second parasitic conductor disposed in and a third parasitic conductor connecting the first parasitic conductor and the second parasitic conductor,
  • An antenna is provided in which the third parasitic conductor includes a portion extending along the first direction and the second direction passing near the center of gravity of the radiation plate when viewed from above.
  • a second aspect is the antenna of the first aspect, In a plan view of the radiation plate, a direction perpendicular to the first direction is a third direction, a width of the third parasitic conductor in the third direction is W, and the first parasitic conductor or the second parasitic conductor When the length in the third direction is L, W/L is W/L ⁇ 0.50 may be satisfied.
  • a third aspect is the antenna of the second aspect,
  • the end portion of the third parasitic conductor is connected to the first parasitic conductor or the second parasitic conductor at a position within a range of 30% or more and 70% or less when the length L is 100%. Good too.
  • a fourth aspect is the antenna according to any one of the first to third aspects,
  • a third direction is a direction perpendicular to the first direction
  • a fourth direction is a direction opposite to the third direction
  • a direction parallel to the first direction passes through the center of gravity of the radiation plate.
  • the third direction is plus with respect to the reference line
  • the fourth direction is minus with respect to the reference line
  • the length of the radiation surface in the third direction is D
  • the third parasitic conductor may overlap a range of ⁇ 0.30 ⁇ D from the reference line in a plan view of the radiation plate.
  • a fifth aspect is the antenna according to any one of the first to fourth aspects, In a plan view of the radiation plate, the second parasitic conductor may have the same shape as the first parasitic conductor.
  • a sixth aspect is the antenna according to any one of the first to fifth aspects,
  • the outer edge of the radiation plate may be a substantially quadrangular shape having a pair of sides parallel to the first direction and a pair of sides parallel to a direction orthogonal to the first direction when the radiation plate is viewed from above.
  • a feed line that is an extended conductor connected to a feed point of the radiation plate may be arranged on a plane parallel to the radiation surface.
  • a seventh aspect is the antenna according to any one of the first to sixth aspects, At least one of the first parasitic conductor and the second parasitic conductor does not need to overlap the radiation plate in a plan view of the radiation plate.
  • An eighth aspect is the antenna according to any one of the first to seventh aspects, At least one of the first parasitic conductor and the second parasitic conductor does not need to overlap the ground plate in a plan view of the radiation plate.
  • a ninth aspect is the antenna according to any one of the first to eighth aspects,
  • the parasitic element may have a point-symmetrical shape.
  • a tenth aspect is the antenna of the ninth aspect, In a plan view of the radiation plate, the center of gravity of the parasitic element may overlap the center of gravity of the radiation plate.
  • An eleventh aspect is the antenna according to any one of the first to tenth aspects,
  • the first parasitic conductor and the second parasitic conductor may be arranged on a side opposite to the ground plate with respect to the radiation plate.
  • a twelfth aspect is the antenna according to any one of the first to eleventh aspects,
  • the first parasitic conductor and the second parasitic conductor may be arranged on a plane different from the radiation surface.
  • a thirteenth aspect is the antenna according to any one of the first to twelfth aspects,
  • the third parasitic conductor may have a bridge shape extending in a direction different from a direction parallel to the radiation surface and spanning the radiation surface.
  • a fourteenth aspect is the antenna according to any one of the thirteenth aspects,
  • the first parasitic conductor and the second parasitic conductor may not overlap with the radiation plate and may be arranged on the same plane as the radiation surface when the radiation plate is viewed from above.
  • a fifteenth aspect is the antenna according to any one of the first to fourteenth aspects,
  • a connector may be disposed on the side opposite to the radiation surface with respect to the ground plate, and may include a connector for connection to a coaxial cable.
  • a sixteenth aspect is the antenna according to any one of the first to fifteenth aspects,
  • the third parasitic conductor may be fixed by a dielectric.
  • a seventeenth aspect is the antenna of the sixteenth aspect,
  • the first parasitic conductor and the second parasitic conductor may be in contact with air except for a portion connected to the third parasitic conductor.
  • a vehicle antenna device including the antenna is provided.
  • the 18th aspect is vehicle window glass, an antenna according to any one of the first to seventeenth aspects, the antenna being arranged such that the radiation surface faces the window glass; In the vehicle antenna device, the radiation surface is inclined at an angle within ⁇ 15° with respect to a vertical plane perpendicular to the horizontal plane.
  • a 19th aspect is the vehicle antenna device of the 18th aspect,
  • a straight line connecting the center of gravity of the radiation plate and the feeding point of the radiation plate may be inclined at an angle of ⁇ 15° or less with respect to a vertical plane perpendicular to the horizontal plane.
  • the frequency band of radio waves received by the antenna may include a 5.8 GHz band or a 5.9 GHz band.
  • a 20th aspect is the vehicle antenna device of the 18th aspect or the 19th aspect,
  • the antenna may be a V2X antenna.
  • an antenna that improves the placement accuracy of parasitic conductors placed on both sides of a radiation plate, and a vehicle antenna device including the antenna.
  • FIG. 1 is a partially enlarged side view illustrating a vehicle antenna device including an antenna according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing the antenna of the present embodiment in a plan view.
  • FIG. 2 is a vertical cross-sectional view of the antenna of this embodiment.
  • FIG. 7 is a plan view of a modified example of the radiation plate. It is a perspective view of a modification of a parasitic element.
  • FIG. 2 is a perspective view of an antenna including a connector.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of a simulation result of antenna directivity.
  • the X-axis direction, Y-axis direction, and Z-axis direction represent a direction parallel to the X-axis, a direction parallel to the Y-axis, and a direction parallel to the Z-axis, respectively.
  • the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction are orthogonal to each other.
  • the XY plane, YZ plane, and ZX plane are, respectively, a virtual plane parallel to the X-axis direction and the Y-axis direction, a virtual plane parallel to the Y-axis direction and the Z-axis direction, and a virtual plane parallel to the Z-axis direction and the X-axis direction. represents.
  • the antenna of this embodiment is applicable to, for example, a V2X communication system, a fifth generation mobile communication system (so-called 5G), a vehicle-mounted radar system, etc., but the applicable systems are not limited to these.
  • An example of a V2X communication system is an ETC system.
  • the antenna of each embodiment according to the present disclosure is suitable for use in a frequency band of 6 GHz or less (sub6) among the frequency bands used in 5G, for example, in the 5.8 GHz band or 5.9 GHz band. It is suitable for transmission and reception (one or both of transmission and reception).
  • the antenna of this embodiment can be used not only for the frequency band used in 5G (3.3 GHz or higher) but also for 4G LTE, millimeter wave band (30 GHz to 300 GHz), and microwave.
  • Examples of vehicle window glasses to which this embodiment is applied include a windshield attached to the front of the vehicle, a rear glass attached to the rear of the vehicle, and a side glass attached to the side of the vehicle.
  • FIG. 1 is a partially enlarged side view illustrating a vehicle antenna device including an antenna of this embodiment.
  • An antenna device 101 shown in FIG. 1 is an example of a vehicle antenna device, and includes a window glass 70 and an antenna 111.
  • the window glass 70 is a vehicle window glass, and is, for example, a windshield installed on the front side of the vehicle 80.
  • the window glass 70 is attached to the front window frame of the vehicle 80 at a predetermined installation angle ⁇ with respect to the horizontal plane.
  • the horizontal plane is parallel to the ZX plane in this example.
  • the antenna 111 is attached to the interior side of the window glass 70 via a member such as a casing, and is attached, for example, near the center of the upper region of the window glass 70.
  • the number of antennas 111 attached to the window glass 70 may be one or more.
  • the antenna 111 is used, for example, as a V2X antenna that transmits and receives radio waves including a 5.8 GHz band or a 5.9 GHz band.
  • the antenna 111 includes a patch antenna configuration including a radiation plate 20 with a radiation surface 29 as a patch surface.
  • the antenna 111 includes a grounding plate 10, a radiation plate 20, a dielectric base material 60, and a parasitic element 50.
  • the grounding plate 10, the radiation plate 20, the dielectric base material 60, and the parasitic element 50 may be housed in a housing such as the external case of the antenna 111, and are fixed inside the housing, for example.
  • a housing such as an external case is a member whose main component is a dielectric material such as resin.
  • the ground plate 10 is typically a planar conductive layer whose surface is parallel to the XY plane, and functions as a ground for the antenna 111.
  • the ground plate 10 is a plate-like or film-like conductor. Examples of the material of the conductor used for the grounding plate 10 include silver and copper, but the material is not limited to these. Further, the shape of the ground plate 10 is, for example, a square, but it may be a polygon other than a square, or may have another shape such as a circle.
  • plate-like or film-like is not limited to a two-dimensional shape, and may include a three-dimensional shape, for example, a three-dimensional shape such as a convex shape, a concave shape, or a wavy shape.
  • This "plate shape or film shape” is not limited to the shape of the ground plate 10, but may be applied to the shape of the radiation plate 20, the dielectric base material 60, or the parasitic element 50.
  • the radiation plate 20 is a plate-shaped or film-shaped conductor arranged opposite to the ground plate 10 in the Z-axis direction, and its area in plan view is typically designed to be narrower than the ground plate 10.
  • the radiation plate 20 is a planar conductive layer whose surface is parallel to the XY plane, and functions as a radiation element of the antenna 111.
  • Examples of the conductor material used in the radiation plate 20 include silver and copper, but the material is not limited to these.
  • the shape of the radiation plate 20 is, for example, a square, but it may be a rectangle, a polygon other than a square, or another shape such as a circle.
  • the radiation plate 20 has a radiation surface 29 facing in the normal direction of the ground plate 10 (in this example, on the positive side in the Z-axis direction).
  • the radiation plate 20 is placed apart from the ground plate 10.
  • the medium between the grounding plate 10 and the radiation plate 20 includes at least one of a space and a dielectric material.
  • the antenna 111 shows a case where the medium between the grounding plate 10 and the radiation plate 20 consists only of the dielectric base material 60. Note that when the medium is space (air), the radiation plate 20, the ground plate 10, and the parasitic element 50 may be fixed by a casing (not shown) as necessary.
  • the dielectric base material 60 is a plate-like or film-like dielectric layer containing a dielectric as a main component.
  • Dielectric base material 60 has a first surface 61 and a second surface 62 opposite to first surface 61 .
  • Surfaces 61, 62 are parallel to the XY plane.
  • a radiation plate 20 is provided on a surface 61 that is one surface of the dielectric base material 60
  • a ground plate 10 is provided on a surface 62 that is the other surface of the dielectric base material 60.
  • the grounding plate 10 is arranged on the opposite side of the radiation surface 29 of the radiation plate 20 with a dielectric base material 60 interposed therebetween.
  • the dielectric base material 60 may be, for example, a dielectric substrate such as a glass epoxy substrate, or a dielectric sheet.
  • dielectric materials used for the dielectric base material 60 include glass such as quartz glass, ceramics, fluorine resins such as polytetrafluoroethylene, liquid crystal polymers, and cycloolefin polymers. , but not limited to these.
  • FIG. 2 is a plan view of the antenna of this embodiment. Planar view refers to a viewpoint from the positive side in the Z-axis direction.
  • FIG. 2 shows a front view of the antenna 111 when the antenna 111 is mounted on a vehicle.
  • FIG. 3 is a longitudinal cross-sectional view of the antenna of this embodiment.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along the YZ plane passing through the center of gravity 21 of the radiation plate 20.
  • the power feeding section 30 and the radiation plate 20 are connected by a connecting conductor 40 passing inside the dielectric base material 60 in the Z-axis direction.
  • the power feeding unit 30 is a part to which power is supplied in a contact or non-contact manner, and is a part to which one end of a power feeding line (not shown) is connected or close.
  • a power feeding line include transmission lines such as coaxial cables, microstrip lines, strip lines, coplanar lines, and slot lines.
  • the other end of the feed line is connected to a communication device that communicates with the outside of the vehicle using an antenna 111.
  • the power feeding section 30 is located on the side of the radiation plate 20 on which the grounding plate 10 is arranged.
  • the connecting conductor 40 is not in contact with the ground plate 10.
  • the connecting conductor 40 has one end connected to the power feeding section 30 and the other end connected to the radiation plate 20 at the power feeding point 22 .
  • the feeding point 22 is offset from the center of gravity 21 of the radiation plate 20, and in the illustrated case is located on the negative side of the center of gravity 21 in the Y-axis direction.
  • the feeding point 22 overlaps with a reference line 28 passing through the center of gravity 21 and parallel to the Y-axis direction.
  • the center of gravity 21 corresponds to the center of the symmetrical shape.
  • the antenna 111 can transmit and receive polarized waves in a linear direction connecting the center of gravity 21 and the feeding point 22.
  • the antenna 111 when installed as shown in FIG. 1, it can transmit and receive vertically polarized waves, making it suitable as a V2X antenna. Can be used.
  • connection conductor 40 examples include a conductor formed inside a through hole penetrating the dielectric base material 60 in the Z-axis direction, a core wire of a coaxial cable, a conductor pin formed in a pin shape, etc. 40 is not limited to these. Note that when the medium between the grounding plate 10 and the radiation plate 20 includes a space, specific examples of the connecting conductor 40 include a core wire of a coaxial cable and a conductor pin, but the connecting conductor 40 is not limited to these. .
  • the center of gravity 21 of the radiation plate 20 overlaps with the center of gravity 11 of the ground plate 10 when viewed from the radiation plate 20 side with respect to the ground plate 10. This is preferable in that the antenna gain of the antenna 111 is improved.
  • the viewpoint from the radiation plate 20 side with respect to the ground plate 10 represents the viewpoint from the positive side in the Z-axis direction
  • the direction from the ground plate 10 side to the radiation plate 20 side represents the viewpoint from the positive side in the Z-axis direction. represents the direction toward the positive side of .
  • the parasitic element 50 is placed away from the radiation plate 20 and located on the positive side of the radiation surface 29 in the Z-axis direction.
  • the parasitic element 50 is a parasitic conductor that is not connected to the power feeding section 30.
  • the parasitic element 50 includes a first parasitic conductor 51, a second parasitic conductor 52, and a third parasitic conductor 53.
  • the first parasitic conductor 51 is a portion disposed in the first direction Xp (in this example, on the positive side in the X-axis direction) with respect to the center of gravity 21 of the radiation plate 20 in a plan view of the radiation plate 20.
  • the second parasitic conductor 52 is arranged in a second direction Xn (in this example, the negative side in the X-axis direction) opposite to the first direction Xp with respect to the center of gravity 21 of the radiation plate 20 in a plan view of the radiation plate 20. This is the part that is placed in the
  • the third parasitic conductor 53 is a portion that connects the first parasitic conductor 51 and the second parasitic conductor 52.
  • the first parasitic conductor 51 is arranged in the first direction Xp with the center of gravity 21 as a reference
  • the second parasitic conductor 52 is arranged in the second direction Xn with the center of gravity 21 as a reference.
  • the antenna 111 does not include the parasitic element 50 (first parasitic conductor 51, second parasitic conductor 52, and third parasitic conductor 53) and is arranged to face the windshield, In this case, the antenna gain in the traveling direction (of the vehicle) perpendicular to the vehicle width direction is large, while the antenna gain in the vehicle width direction is relatively small. However, because the antenna 111 includes the first parasitic conductor 51 and the second parasitic conductor 52, the antenna gain in the traveling direction is appropriately dispersed into the antenna gain in the vehicle width direction in the horizontal plane. As a result, directivity is obtained that ensures antenna gain over a 180° range from the direction of travel of the vehicle (front or rear) to ⁇ 90° directions left and right on the horizontal plane.
  • the respective arrangement positions of the first parasitic conductor 51 and the second parasitic conductor 52 are shifted. is less likely to occur.
  • the positional relationship between the first parasitic conductor 51 and the second parasitic conductor 52, the positional relationship between the first parasitic conductor 51 and the radiation plate 20, and the positional relationship between the second parasitic conductor 52 and the radiation is unlikely to shift.
  • the antenna 111 can be arranged at an angle of at least ⁇ 90° left and right in a horizontal plane from the traveling direction (front or rear) of the vehicle, since the accuracy of the arrangement of each of the first parasitic conductor 51 and the second parasitic conductor 52 is increased. Variations in directivity can be suppressed while ensuring antenna gain over a 180° range up to the direction.
  • the parasitic element 50 (first parasitic conductor 51, second parasitic conductor 52, and third parasitic conductor 53) may be composed of one member or a plurality of members. Further, a part or all of the parasitic element 50 (the first parasitic conductor 51, the second parasitic conductor 52, and the third parasitic conductor 53) may be formed from a metal plate such as a steel plate by press working or the like. However, it may be formed by molding, but it is preferable if all of these are formed integrally, since this improves productivity.
  • the third parasitic conductor 53 passes near the center of gravity 21 of the radiation plate 20 and extends along the first direction Xp and the second direction Xn (that is, the direction parallel to the ZX plane). Including the part to be stretched.
  • the vicinity of the center of gravity 21 refers to a location away from the center of gravity 21, and refers to a range close to the center of gravity 21 to the extent that the operation and effects of the present embodiment are not impaired.
  • the antenna 111 since the feed point 22 is shifted from the center of gravity 21 in the Y-axis direction on the radiation surface 29, the antenna 111 transmits and receives linearly polarized radio waves whose plane of polarization is parallel to the YZ plane through the radiation surface 29.
  • the third parasitic conductor 53 controls the antenna gain of the antenna 111 in the case of linearly polarized radio waves whose polarization plane is parallel to the YZ plane (for example, vertically polarized radio waves when the ZX plane is parallel to the horizontal plane). The decline can be suppressed.
  • the third parasitic conductor 53 may be fixed, for example, by press-fitting or the like with a fixing member whose main component is a dielectric. Thereby, it is possible to suppress a decrease in the antenna gain of the antenna 111 and variations in directivity due to the positional shift of the third parasitic conductor 53.
  • a specific example of the fixing member is a snap fit formed inside a housing such as the external case of the antenna 111.
  • the first parasitic conductor 51 and the second parasitic conductor 52 except for the portion connecting with the third parasitic conductor 53 may include exposed portions in contact with air. This improves the antenna gain in the vicinity of the X-axis direction in the ZX plane, compared to a configuration in which the antenna is in contact with a dielectric material having a relative dielectric constant higher than that of air.
  • the exposed portion is exposed so as to be visible from the outside of the external case of the antenna 111, for example.
  • the radiation surface 29 be inclined at an angle within ⁇ 15° with respect to a vertical plane perpendicular to the horizontal plane. This improves the antenna gain of the antenna 111 in the direction parallel to the horizontal plane.
  • the straight line (reference line 28) connecting the center of gravity 21 and the feeding point 22 is tilted at an angle of ⁇ 15° or less with respect to the vertical plane perpendicular to the horizontal plane, the antenna in the case of vertical polarization 111 antenna gain is improved.
  • the radiation surface 29 is tilted at an angle exceeding ⁇ 15° with respect to a vertical plane perpendicular to the horizontal plane, the antenna gain in the direction parallel to the horizontal plane will be unbalanced. There is a possibility that the difference in gain in the width direction becomes large.
  • the radiation surface 29 is preferably inclined at an angle within ⁇ 10° with respect to a vertical plane perpendicular to the horizontal plane, and preferably within ⁇ 5°. More preferred.
  • a direction perpendicular to the first direction Xp is a third direction Yp (in this example, the positive side of the Y-axis direction), and a direction opposite to the third direction Yp is a fourth direction Yn ( In this example, it is the negative side in the Y-axis direction).
  • the third direction Yp is plus with respect to the reference line 27 passing through the center of gravity 21 and parallel to the first direction Xp
  • the fourth direction Yn is minus with respect to the reference line 27, and the length of the radiation surface 29 in the third direction is Let it be D.
  • the third parasitic conductor 53 overlaps the range from the reference line 27 to ⁇ 0.30 ⁇ D in a plan view of the radiation plate 20, the third parasitic conductor 53 generates linearly polarized radio waves whose polarization plane is parallel to the YZ plane. In this case, the antenna gain of the antenna 111 can be ensured. In terms of securing the antenna gain of the antenna 111, it is preferable that the third parasitic conductor 53 overlaps with the range of ⁇ 0.25 ⁇ D from the reference line 27 in a plan view of the radiation plate 20. More preferably, it overlaps with the range from +/-0.20xD.
  • the third parasitic conductor 53 overlaps with the range of ⁇ 0.15 ⁇ D from the reference line 27 in a plan view of the radiation plate 20. It is particularly preferable that the range overlaps with the range from 27 to ⁇ 0.10 ⁇ D, and most preferably overlaps with the range from the reference line 27 to ⁇ 0.05 ⁇ D.
  • W is the width of the third parasitic conductor 53 in the third direction Yp
  • L is the length of the first parasitic conductor 51 or the second parasitic conductor 52 in the third direction Yp.
  • W/L is W/L ⁇ 0.50
  • W/L is W/L ⁇ 0.40 It is preferable to satisfy W/L ⁇ 0.30 It is more preferable to satisfy W/L ⁇ 0.20 It is more preferable to satisfy W/L ⁇ 0.15 It is particularly preferable to satisfy the following.
  • the lower limit of W is not particularly limited, but from the viewpoint of maintaining stable rigidity, it may be, for example, 0.1 mm or more, 0.3 mm or more, 0.5 mm or more, or 1.0 mm or more. Further, the lower limit of W/L is not particularly limited, but may be 0.01 or more, 0.02 or more, or 0.03 or more.
  • the third parasitic conductor 53 may have at least one of a portion where the width W between both ends gradually increases and a portion where the width W gradually decreases toward the stretching direction (longitudinal direction). Further, the third parasitic conductor 53 has a shape in which the extending direction between both ends, more specifically, the line connecting the center of the width W, is not limited to a straight line, but has a partially bent portion. Alternatively, a portion may have a wavy portion.
  • the end of the third parasitic conductor 53 is connected to the first parasitic conductor 51 or the second parasitic conductor 52 at a position within a range of 30% or more and 70% or less, when the length L is 100%.
  • the antenna gain of the antenna 111 can be ensured.
  • the end of the third parasitic conductor 53 is connected to the first parasitic conductor 51 or the second parasitic conductor 52 at a position in the range of 35% to 65%. It is preferable to connect to the first parasitic conductor 51 or the second parasitic conductor 52 at a position in a range of 40% or more and 60% or less.
  • the third parasitic conductor 53 may be arranged so that its extending direction (longitudinal direction) is inclined with respect to the X-axis within the above range.
  • the parasitic conductor 53 is preferably arranged so as to overlap the center of gravity 21 of the radiation plate 20 in a plan view of the radiation plate 20. Further, within the above range, the third parasitic conductor 53 may have its extending direction (longitudinal direction) substantially parallel to the X-axis, and is preferably disposed parallel to the X-axis.
  • the antenna gain of the antenna 111 will increase in the case of a linearly polarized radio wave whose polarization plane is parallel to the YZ plane. can be secured.
  • the second parasitic conductor 52 does not have to have the same shape as the first parasitic conductor 51.
  • a part or all of at least one of the first parasitic conductor 51 and the second parasitic conductor 52 may or may not overlap with the radiation plate 20 in a plan view of the radiation plate 20.
  • FIG. 2 illustrates a case where both the first parasitic conductor 51 and the second parasitic conductor 52 overlap with the radiation plate 20 in a plan view of the radiation plate 20.
  • a part or all of at least one of the first parasitic conductor 51 and the second parasitic conductor 52 may or may not overlap with the ground plate 10 in a plan view of the radiation plate 20.
  • FIG. 2 illustrates a case where both the first parasitic conductor 51 and the second parasitic conductor 52 overlap with the ground plate 10 when the radiation plate 20 is viewed from above. Note that the arrangement in which both the first parasitic conductor 51 and the second parasitic conductor 52 do not overlap with the grounding plate 10 means that the first parasitic conductor 51 and the second parasitic conductor 52 are located closer to the outer edge of the grounding plate 10. It also means that it is placed on the outside.
  • the parasitic element 50 has a point-symmetrical shape with the center of gravity 54 as the center of symmetry.
  • the center of gravity 54 represents the center of gravity of the parasitic element 50.
  • FIG. 2 exemplifies a point-symmetric H-shaped shape with the center of gravity 54 as the center of symmetry.
  • the parasitic element 50 may have a shape that is not point symmetrical.
  • a shape that is not point symmetric is, for example, a shape in which the length L is different between the first parasitic conductor 51 and the second parasitic conductor 52, or a shape in which the distance from the center of the third parasitic conductor 53 is different from the first parasitic conductor 51.
  • the shape may be different between the first parasitic conductor 52 and the second parasitic conductor 52.
  • the longitudinal direction of the first parasitic conductor 51 and the longitudinal direction of the second parasitic conductor 52 are parallel, and the It is preferable that the longitudinal direction of the third parasitic conductor 53 is perpendicular to the longitudinal directions of the first parasitic conductor 51 and the second parasitic conductor 52.
  • the parasitic element 50 has such an H-shape, there is no need to manage the front and back of the conductor (plate) constituting the parasitic element 50 or the rotational position in the XY plane (in FIG. 2).
  • Productivity improves.
  • the antenna gain of the antenna 111 is ensured in the case of a linearly polarized radio wave whose polarization plane is parallel to the YZ plane. can.
  • the center of gravity 54 does not have to overlap the center of gravity 21.
  • the outer edge of the radiation plate 20 has, in a plan view of the radiation plate 20, a pair of sides 25 and 26 parallel to the first direction Xp and a pair of sides 23 and 24 parallel to the direction orthogonal to the first direction Xp. It is a square. Note that, as illustrated in FIG. 4, the outer edge of the radiation plate 20 may be defined as a substantially quadrangular shape as long as it is quadrangular as a whole even if there is a cutout or the like on a part of the side.
  • FIG. 4 is a plan view of a modification of the radiation plate.
  • a notch is provided on the side 25 of the radiation plate 20.
  • the feed line 31 is shown extending across the side 25.
  • the feed line 31 is an extended conductor connected to the feed point 22 and is arranged on a plane parallel to the radiation surface 29.
  • the feed line 31 is formed on the same surface as the radiation surface 29.
  • the feed line 31 extends from the feed line end 33 to the back side of the dielectric base material 60 and is connected to a transmission line such as a coaxial cable (not shown).
  • FIGS. 1 to 3 illustrate a case where the first parasitic conductor 51 and the second parasitic conductor 52 are arranged on the side opposite to the ground plate 10 with respect to the radiation plate 20. Further, FIGS. 1 to 3 illustrate a case where the first parasitic conductor 51 and the second parasitic conductor 52 are arranged on an XY plane different from the XY plane on which the radiation surface 29 is arranged. However, the first parasitic conductor 51 and the second parasitic conductor 52 may be arranged on the same XY plane as the radiation surface 29 (for example, the first surface 61 of the dielectric base material 60).
  • FIG. 5 is a perspective view of a modification of the parasitic element.
  • the first parasitic conductor 51 and the second parasitic conductor 52 do not overlap with the radiation plate 20 and are located on the same XY plane as the radiation surface 29 (the first surface 61 of the dielectric base material 60 ).
  • FIG. 5 shows that the third parasitic conductor 53 has a bridge shape that extends in a direction different from the direction parallel to the radiation surface 29 and straddles the radiation surface 29 so as to create a gap between the third parasitic conductor 53 and the radiation surface 29. Illustrate a case.
  • the third parasitic conductor 53 overlaps the radiation surface 29 in the XY plane view.
  • FIG. 6 is a perspective view of an antenna including a connector.
  • the antenna 111 is disposed on the opposite side of the radiation surface 29 with respect to the ground plate 10 and may include a connector 55 for connection to the coaxial cable 32.
  • the connector 55 is a female connector into which a male connector provided at the tip of the coaxial cable 32 is inserted. By fitting the male connector provided at the tip of the coaxial cable 32 into the connector 55, the internal conductor (signal line) of the coaxial cable 32 is electrically connected to the feeding point 22 of the radiation surface 29, and the coaxial cable 32 The outer conductor (shield) is electrically connected to the ground plate 10.
  • the core tip of the coaxial cable 32 can be placed near the back side of the feed line end 33, as in the modified example of the radiation plate 20 shown in FIG. It becomes easier to secure space for fixing on the back side of 20.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of a simulation result of the directivity of the antenna 111 in the ZX plane under the condition of vertical polarization with a frequency of 5.88 GHz. “With the third parasitic conductor” represents an example of the antenna 111, and “without the third parasitic conductor” represents a configuration in which the third parasitic conductor 53 is removed from the antenna 111 (comparative example). In FIG. 7, the 90° direction is the normal direction of the radiation surface 29, and is a direction assumed to be the traveling direction of the vehicle.
  • Ground plate 10 19mm long x 19mm wide Dielectric base material 60: 20 mm long x 20 mm wide Radiation surface 29: length 12.7mm x width 12.7mm Length L of first parasitic conductor 51 and second parasitic conductor 52: 14 mm Width W of third parasitic conductor 53: 1.5 mm Length of third parasitic conductor 53: 27mm Position of the power feeding point 22: It was offset by 2 mm from the center of gravity 21 in the Y-axis direction.
  • Both ends of the third parasitic conductor 53 are connected to the first parasitic conductor 51 and the second parasitic conductor 52 at 50% of the length L of each, and the center of the width W of the third parasitic conductor 53 is is placed overlapping the center of gravity of the radiation surface 29. Further, under these conditions, the first parasitic conductor 51 and the second parasitic conductor 52 were arranged so as not to overlap with the radiation plate 20 and the ground plate 10 in a plan view of the radiation plate 20 .
  • the antenna is not limited to being arranged so that the radiation surface faces the vehicle window glass, but may be installed on the vehicle surface such as the roof of the vehicle.

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Abstract

放射面を有する放射板と、前記放射板の前記放射面の側とは反対側に誘電体を介して配置される接地板と、前記放射板の平面視において、前記放射板の重心を基準に第1方向に配置される第1無給電導体と、前記放射板の重心を基準に前記第1方向とは反対向きの第2方向に配置される第2無給電導体と、前記第1無給電導体と前記第2無給電導体を接続する第3無給電導体とを含む無給電素子と、を備え、前記第3無給電導体は、前記放射板の平面視において、前記放射板の重心の近傍を通り前記第1方向及び前記第2方向に沿って延伸する部分を含む、アンテナ。

Description

アンテナ及び車両用アンテナ装置
 本開示は、アンテナ及び車両用アンテナ装置に関する。
 近年、4G LTEから5G(sub6)への移行など、マイクロ波やミリ波の周波数帯を使用する高速・大容量の無線通信システムを利用するサービスが拡がる動きがある。その使用帯域は、3GHz帯域から5~6GHz帯域まで拡がる傾向にある。特に、車両用アンテナの分野では、自動運転レベルの引き上げに伴い、車車間通信および路車間通信等のV2X(Vehicle to Everything)を実現する通信システムが車両に搭載される傾向にある。例えば、5.9GHz帯の狭帯域の電波の送受信を利用して、安全性に関わる様々な車外情報の取得ができるように進化しつつある。このようなV2X通信システムでは、V2Xの通信規格を満足する周波数帯(5.8GHz帯(日本)/5.9GHz帯(欧米))の垂直偏波の電波を所望の利得で送受信できるアンテナ(V2Xアンテナ)が求められている。
 V2Xアンテナは、車両の進行方向(前方又は後方)から水平面において左右に±90°方向に至るまでの180°範囲で利得を確保できる指向性が要求される。このようなV2Xアンテナとして、放射素子のパッチ面の法線方向の指向性だけでなく、パッチ面の左右方向(車両の車幅方向)の指向性を高めるため、放射素子の両側に無給電素子を備えるパッチアンテナが知られている(例えば、特許文献1,2,3,参照)。
特開2019-075644号公報 国際公開第2019/163521号 国際公開第2019/208453号
 しかしながら、放射素子の両側に配置される無給電素子は、互いに離れて配置されるため、それらの配置位置にずれが生ずる場合がある。例えば、一方の無給電素子の配置位置が正確であっても、他方の無給電素子が正確な配置位置からずれると、アンテナ全体の指向性レベルがばらつくおそれがある。
 本開示は、放射板の両側に配置される無給電導体の配置精度が高められるアンテナ及び、当該アンテナを備える車両用アンテナ装置を提供する。
 本開示の第1態様では、
 放射面を有する放射板と、
 前記放射板の前記放射面の側とは反対側に誘電体を介して配置される接地板と、
 前記放射板の平面視において、前記放射板の重心を基準に第1方向に配置される第1無給電導体と、前記放射板の重心を基準に前記第1方向とは反対向きの第2方向に配置される第2無給電導体と、前記第1無給電導体と前記第2無給電導体を接続する第3無給電導体とを含む無給電素子と、を備え、
 前記第3無給電導体は、前記放射板の平面視において、前記放射板の重心の近傍を通り前記第1方向及び前記第2方向に沿って延伸する部分を含む、アンテナが提供される。
 第2態様は、第1態様のアンテナであって、
 前記放射板の平面視において、前記第1方向と直交する方向を第3方向、前記第3無給電導体の前記第3方向の幅をW、前記第1無給電導体又は前記第2無給電導体の前記第3方向の長さをLとするとき、W/Lは、
  W/L≦0.50
を満足してもよい。
 第3態様は、第2態様のアンテナであって、
 前記第3無給電導体の端部は、前記長さLを100%とするとき、30%以上70%以下の範囲の位置で前記第1無給電導体又は前記第2無給電導体に接続されてもよい。
 第4態様は、第1態様から第3態様のいずれか一の態様のアンテナであって、
 前記放射板の平面視において、前記第1方向と直交する方向を第3方向、前記第3方向とは反対向きの方向を第4方向、前記放射板の重心を通り前記第1方向に平行な基準線に対して前記第3方向をプラス、前記基準線に対して前記第4方向をマイナス、前記放射面の前記第3方向の長さをDとするとき、
 前記第3無給電導体は、前記放射板の平面視において、前記基準線から±0.30×Dまでの範囲と重複してもよい。
 第5態様は、第1態様から第4態様のいずれか一の態様のアンテナであって、
 前記放射板の平面視において、前記第2無給電導体は、前記第1無給電導体と同形状であってもよい。
 第6態様は、第1態様から第5態様のいずれか一の態様のアンテナであって、
 前記放射板の外縁は、前記放射板の平面視において、前記第1方向に平行な一対の辺と、前記第1方向と直交する方向に平行な一対の辺を有する略四角形であってもよい。前記放射面に平行な平面には、前記放射板の給電点と接続する延伸導体である給電線路が配置されてもよい。
 第7態様は、第1態様から第6態様のいずれか一の態様のアンテナであって、
 前記第1無給電導体と前記第2無給電導体の少なくとも一方は、前記放射板の平面視において、前記放射板と重複しなくてもよい。
 第8態様は、第1態様から第7態様のいずれか一の態様のアンテナであって、
 前記第1無給電導体と前記第2無給電導体の少なくとも一方は、前記放射板の平面視において、前記接地板と重複しなくてもよい。
 第9態様は、第1態様から第8態様のいずれか一の態様のアンテナであって、
 前記無給電素子は、点対称な形状であってもよい。
 第10態様は、第9態様のアンテナであって、
 前記放射板の平面視において、前記無給電素子の重心は、前記放射板の重心と重複してもよい。
 第11態様は、第1態様から第10態様のいずれか一の態様のアンテナであって、
 前記第1無給電導体と前記第2無給電導体は、前記放射板に対して、前記接地板の側とは反対側に配置されてもよい。
 第12態様は、第1態様から第11態様のいずれか一の態様のアンテナであって、
 前記第1無給電導体と前記第2無給電導体は、前記放射面とは異なる平面上に配置されてもよい。
 第13態様は、第1態様から第12態様のいずれか一の態様のアンテナであって、
 前記第3無給電導体は、前記放射面に平行な方向とは異なる方向に延伸して前記放射面を跨ぐブリッジ形状を有してもよい。
 第14態様は、第13態様のいずれか一の態様のアンテナであって、
 前記第1無給電導体と前記第2無給電導体は、前記放射板の平面視において、前記放射板と重複せず、前記放射面と同一面に配置されてもよい。
 第15態様は、第1態様から第14態様のいずれか一の態様のアンテナであって、
 前記接地板に対して前記放射面とは反対側に配置され、同軸ケーブルとの接続のためのコネクタを備えてもよい。
 第16態様は、第1態様から第15態様のいずれか一の態様のアンテナであって、
 前記第3無給電導体は、誘電体によって固定されていてもよい。
 第17態様は、第16態様のアンテナであって、
 前記第1無給電導体及び第2無給電導体は、前記第3無給電導体と接続する部分を除き空気と接していてもよい。
 また、本開示の一態様では、当該アンテナを備える車両用アンテナ装置が提供される。
 第18態様は、
 車両用の窓ガラスと、
 前記放射面が前記窓ガラスと対向するように配置された、第1態様から第17態様のいずれか一の態様のアンテナと、を備え、
 前記放射面は、水平面に直角な鉛直面に対して±15°以内の角度で傾斜する、車両用アンテナ装置である。
 第19態様は、第18態様の車両用アンテナ装置であって、
 前記放射面において、前記放射板の重心と前記放射板の給電点とを結ぶ直線は、水平面に直角な鉛直面に対して±15°以内の角度で傾斜してもよい。前記アンテナが受信する電波の周波数帯は、5.8GHz帯域または5.9GHz帯域を含んでよい。
 第20態様は、第18態様又は第19態様の車両用アンテナ装置であって、
 前記アンテナは、V2Xアンテナであってもよい。
 本開示の一態様によれば、放射板の両側に配置された無給電導体の配置精度が高められるアンテナ及び当該アンテナを備える車両用アンテナ装置を提供できる。
本実施形態のアンテナを備える車両用アンテナ装置を側面視で例示する部分拡大図である。 本実施形態のアンテナを平面視で示す図である。 本実施形態のアンテナの縦断面図である。 放射板の変形例の平面図である。 無給電素子の変形例の斜視図である。 コネクタを備えるアンテナの斜視図である。 アンテナの指向性のシミュレーション結果の一例を示す図である。
 以下、図面を参照して、本実施形態について説明する。なお、理解の容易のため、図面における各部の縮尺は、実際とは異なる場合がある。平行、直角、直交、水平、垂直、上下、左右などの方向には、ならびに、同一および等しいなどの用語には、実施形態の作用及び効果を損なわない程度のずれが許容される。角部の形状は、直角に限られず、弓状に丸みを帯びてもよい。重複するとは、一部が重なる意味を含んでよい。X軸方向、Y軸方向、Z軸方向は、それぞれ、X軸に平行な方向、Y軸に平行な方向、Z軸に平行な方向を表す。X軸方向とY軸方向とZ軸方向は、互いに直交する。XY平面、YZ平面、ZX平面は、それぞれ、X軸方向及びY軸方向に平行な仮想平面、Y軸方向及びZ軸方向に平行な仮想平面、Z軸方向及びX軸方向に平行な仮想平面を表す。
 本実施形態のアンテナは、例えば、V2X通信システム、第5世代移動通信システム(いわゆる、5G)、車載レーダーシステムなどに適用可能であるが、適用可能なシステムはこれらに限られない。V2X通信システムの一例として、ETCシステムがある。本開示に係る各実施形態のアンテナは、5Gで使用される周波数帯の中でも、6GHz以下の周波数帯(sub6)での利用に好適であり、例えば、5.8GHz帯又は5.9GHz帯の電波の送受信(送信と受信の一方又は両方)に好適である。しかし、本実施形態のアンテナは、5Gで使用される周波数帯(3.3GHz以上)に限らず、4G LTEやミリ波帯(30GHz~300GHz)やマイクロ波にも使用できる。
 本実施形態が適用される車両用窓ガラスの例として、車両の前部に取り付けられるウィンドシールド、車両の後部に取り付けられるリアガラス、車両の側部に取り付けられるサイドガラスなどがある。
 図1は、本実施形態のアンテナを備える車両用アンテナ装置を側面視で例示する部分拡大図である。図1に示すアンテナ装置101は、車両用アンテナ装置の一例であり、窓ガラス70及びアンテナ111を備える。
 窓ガラス70は、車両用窓ガラスであり、例えば、車両80の前側に設置されるウィンドシールドである。窓ガラス70は、水平面に対して所定の設置角度θで車両80の前側の窓枠に取り付けられる。水平面は、この例では、ZX平面に平行である。
 アンテナ111は、窓ガラス70の車室内側に筐体等の部材を介して取り付けられており、例えば、窓ガラス70の上側領域の中央部付近に取り付けられる。窓ガラス70に取り付けられるアンテナ111の数は、一つでも複数でもよい。アンテナ111は、例えば、5.8GHz帯域または5.9GHz帯域を含む電波を送受信するV2Xアンテナとして使用される。アンテナ111は、放射面29をパッチ面とする放射板20を備えるパッチアンテナの構成を含む。この例では、アンテナ111は、接地板10、放射板20、誘電体基材60及び無給電素子50を備える。接地板10、放射板20、誘電体基材60及び無給電素子50は、アンテナ111の外形ケースなどの筐体に収容されてもよく、例えば、当該筐体の内側で固定される。外形ケースなどの筐体は、樹脂等の誘電体を主成分とする部材である。
 接地板10は、典型的には、その表面がXY平面に平行な平面状の導電層であり、アンテナ111のグランドとして機能する。接地板10は、板状又は膜状の導体である。接地板10に使用される導体の材料として、例えば、銀、銅などが挙げられるが、その材料は、これらに限られない。また、接地板10の形状は、例えば正方形であるが、正方形以外の多角形でもよいし、円等の他の形状でもよい。
 なお、「板状又は膜状」とは、二次元形状に限られず、三次元的の形状を含んでもよく、例えば、凸状、凹状または波状などの三次元的な形状を含んでもよい。この「板状又は膜状」は、接地板10の形状に限られず、放射板20、誘電体基材60又は無給電素子50の形状に適用されてもよい。
 放射板20は、Z軸方向で接地板10に対向して配置される板状又は膜状の導体であり、その平面視での面積は、典型的には、接地板10よりも狭く設計される場合が多い。放射板20は、その表面がXY平面に平行な平面状の導電層であり、アンテナ111の放射素子として機能する。放射板20に使用される導体の材料として、例えば、銀、銅などが挙げられるが、その材料は、これらに限られない。また、放射板20の形状は、例えば正方形であるが、長方形、正方形以外の多角形でもよいし、円等の他の形状でもよい。放射板20は、接地板10の法線方向(この例では、Z軸方向の正側に)に面する放射面29を有する。
 放射板20は、接地板10から離れて配置されている。接地板10と放射板20との間の媒質は、空間と誘電体基材の少なくとも一方の誘電体を含む。アンテナ111は、接地板10と放射板20との間の媒質が誘電体基材60のみからなる場合を示す。なお、媒質が空間(空気)の場合、放射板20、接地板10及び無給電素子50は、必要に応じて不図示の筐体によって固定されていればよい。
 誘電体基材60は、誘電体を主成分とする板状又は膜状の誘電体層である。誘電体基材60は、第1表面61と、第1表面61とは反対側の第2表面62とを有する。表面61,62は、XY平面に平行である。誘電体基材60の一方の表面である表面61には、放射板20が設けられており、誘電体基材60の他方の表面である表面62には、接地板10が設けられている。接地板10は、放射板20の放射面29の側とは反対側に誘電体基材60を介して配置されている。
 誘電体基材60は、例えば、ガラスエポキシ基板等の誘電体基板でもよいし、誘電体シートでもよい。誘電体基材60に使用される誘電体の材料として、例えば、石英ガラス等のガラス、セラミックス、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂、液晶ポリマー、シクロオレフィンポリマーなどが挙げられるが、その材料は、これらに限られない。
 図2は、本実施形態のアンテナを平面視で示す図である。平面視とは、Z軸方向の正側からの視点をいう。アンテナ111が車両に搭載された状態では、図2は、アンテナ111の正面視を示す。図3は、本実施形態のアンテナの縦断面図である。図3は、放射板20の重心21を通るYZ平面での断面図である。給電部30と放射板20は、誘電体基材60の内部をZ軸方向に通る接続導体40によって接続されている。
 給電部30は、接触又は非接触で給電される箇所であり、不図示の給電線路の一端が接続される又は近接する部位である。給電線路の具体例として、同軸ケーブル、マイクロストリップライン、ストリップライン、コプレーナライン、スロットラインなどの伝送線路が挙げられる。給電線路の他端は、アンテナ111を利用して車外と通信する通信装置に接続される。給電部30は、放射板20に対して接地板10が配置される側に位置する。
 図3において、接続導体40は、接地板10には接触していない。接続導体40は、その一端が給電部30に接続され、その他端が給電点22で放射板20に接続される。給電点22は、放射板20の重心21からずれており、図示の場合、重心21に対してY軸方向の負側に位置している。給電点22は、放射板20の平面視において、重心21を通りY軸方向に平行な基準線28と重複する。重心21は、放射板20が正方形のような対称図形の場合、その対称図形の中心に相当する。また、アンテナ111は、重心21と給電点22とを結ぶ直線方向の偏波を送受信でき、とくに、アンテナ111を図1のように設置した場合、垂直偏波を送受信でき、V2Xアンテナとして好適に使用できる。
 接続導体40の具体例として、Z軸方向に誘電体基材60を貫通するスルーホールの内部に形成された導体、同軸ケーブルの芯線、ピン状に形成された導体ピンなどがあるが、接続導体40は、これらに限られない。なお、接地板10と放射板20との間の媒質が空間を含む場合、接続導体40の具体例として、同軸ケーブルの芯線や導体ピンなどがあるが、接続導体40は、これらに限られない。
 放射板20の重心21は、接地板10に対して放射板20側からの視点で見ると、接地板10の重心11と重複することが、接地板10側から放射板20側に向かう方向のアンテナ111のアンテナ利得を向上させる点で好ましい。この例では、接地板10に対して放射板20側からの視点とは、Z軸方向の正側からの視点を表し、接地板10側から放射板20側に向かう方向とは、Z軸方向の正側に向かう方向を表す。
 無給電素子50は、放射板20から離れて配置され、放射面29のZ軸方向の正側に位置する。無給電素子50は、給電部30に接続されない無給電の導体である。
 図2において、無給電素子50は、第1無給電導体51、第2無給電導体52及び第3無給電導体53を含む。第1無給電導体51は、放射板20の平面視において、放射板20の重心21を基準に第1方向Xp(この例では、X軸方向の正側)に配置される部分である。第2無給電導体52は、放射板20の平面視において、放射板20の重心21を基準に第1方向Xpとは反対側の第2方向Xn(この例では、X軸方向の負側)に配置される部分である。第3無給電導体53は、第1無給電導体51と第2無給電導体52を接続する部分である。
 放射板20の平面視において、第1無給電導体51は重心21を基準に第1方向Xpに配置され、第2無給電導体52は重心21を基準に第2方向Xnに配置されている。第1無給電導体51及び第2無給電導体52は、このように配置されることで、アンテナ111が車両に搭載された状態では、放射板20に対して車両の車幅方向(図示の場合、車幅方向となるX軸方向)の両側に互いに離れて位置することになる。第1無給電導体51及び第2無給電導体52が放射板20に対して車両の車幅方向の両側に互いに離れて位置することで、水平面内においてアンテナ111の車幅方向のアンテナ利得が向上する。
 仮に、アンテナ111が、無給電素子50(第1無給電導体51、第2無給電導体52及び第3無給電導体53)を備えず、ウィンドシールドと対向するように配置される場合、水平面内において、車幅方向に対して垂直な(車両の)進行方向のアンテナ利得は大きい一方で、車幅方向のアンテナ利得が相対的に小さくなる。しかしながら、アンテナ111が、第1無給電導体51及び第2無給電導体52を備えることで、水平面内において、進行方向のアンテナ利得は、車幅方向のアンテナ利得に適度に分散される。その結果、車両の進行方向(前方又は後方)から水平面において左右に±90°方向に至るまでの180°範囲でアンテナ利得を確保した指向性が得られる。
 また、第1無給電導体51及び第2無給電導体52は、第3無給電導体53によって接続されているので、第1無給電導体51及び第2無給電導体52の各々の配置位置にずれが生じにくくなる。これにより、第1無給電導体51と第2無給電導体52との間の位置関係、第1無給電導体51と放射板20との間の位置関係、及び、第2無給電導体52と放射板20との間の位置関係がずれにくい。したがって、アンテナ111は、第1無給電導体51及び第2無給電導体52の各々の配置精度が高められるので、例えば、車両の進行方向(前方又は後方)から水平面において、少なくとも左右に±90°方向に至るまでの180°範囲でアンテナ利得を確保した指向性のばらつきが抑えられる。
 無給電素子50(第1無給電導体51、第2無給電導体52及び第3無給電導体53)は、一つの部材から構成されても、複数の部材から構成されてもよい。また、無給電素子50(第1無給電導体51、第2無給電導体52及び第3無給電導体53)の一部又は全部は、鋼板等の金属板からプレス加工などにより形成されてもよいし、成型加工により形成されてもよいが、これら全部が一体化して形成されていると生産性が向上し好ましい。
 また、第3無給電導体53は、放射板20の平面視において、放射板20の重心21の近傍を通り第1方向Xp及び第2方向Xn(つまり、ZX平面に平行な方向)に沿って延伸する部分を含む。重心21の近傍とは、重心21から離れた箇所であり、本実施形態の作用及び効果を損なわない程度に重心21から近い範囲をいう。一方、給電点22は放射面29において重心21からY軸方向にずれているので、アンテナ111は、偏波面がYZ平面に平行な直線偏波の電波を放射面29により送受信する。したがって、第3無給電導体53は、第1方向Xp及び第2方向Xn(ZX平面に平行な方向)に沿って延伸する部分を含んでいても、偏波面がYZ平面に平行な直線偏波の電波の送受信に殆ど影響を与えない。つまり、第3無給電導体53は、偏波面がYZ平面に平行な直線偏波の電波(例えば、ZX平面が水平面に平行な場合、垂直偏波の電波)の場合、アンテナ111のアンテナ利得の低下を抑制できる。
 第3無給電導体53は、例えば、誘電体を主成分とする固定部材によって、圧入等により固定されてもよい。これにより、第3無給電導体53の位置ずれによる、アンテナ111のアンテナ利得の低下や指向性のばらつきを抑制できる。固定部材の具体例として、アンテナ111の外形ケース等の筐体内部に形成されたスナップフィットなどが挙げられる。
 第3無給電導体53が上記の固定部材のような誘電体によって固定されている場合、第1無給電導体51及び第2無給電導体52は、第3無給電導体53と接続する部分を除き、空気と接している露出部分を含んでもよい。これにより、比誘電率が空気よりも高い誘電体と接している形態に比べて、ZX平面において、X軸方向の近傍のアンテナ利得が向上する。当該露出部分は、例えば、アンテナ111の外形ケースの外側から見えるように露出する。
 また、放射面29は、水平面に直角な鉛直面に対して±15°以内の角度で傾斜すると好適である。これにより、アンテナ111に関して、水平面に平行な方向へのアンテナ利得が向上する。特に、放射面29において、重心21と給電点22とを結ぶ直線(基準線28)は、水平面に直角な鉛直面に対して±15°以内の角度で傾斜すると、垂直偏波の場合のアンテナ111のアンテナ利得が向上する。一方、放射面29は、水平面に直角な鉛直面に対して±15°を超えた角度で傾斜すると、水平面に平行な方向のアンテナ利得のバランスが崩れる、即ち、車両の進行方向の利得と車幅方向の利得の差が大きくなるおそれがある。
 水平面に平行な方向へのアンテナ利得が向上する点で、放射面29は、水平面に直角な鉛直面に対して、±10°以内の角度で傾斜すると好ましく、±5°以内の角度で傾斜するとより好ましい。
 放射板20の平面視において、第1方向Xpと直交する方向を第3方向Yp(この例では、Y軸方向の正側)、第3方向Ypとは反対向きの方向を第4方向Yn(この例では、Y軸方向の負側)とする。また、重心21を通り第1方向Xpに平行な基準線27に対して第3方向Ypをプラス、基準線27に対して第4方向Ynをマイナス、放射面29の第3方向の長さをDとする。
 このとき、第3無給電導体53は、放射板20の平面視において、基準線27から±0.30×Dまでの範囲と重複すると、偏波面がYZ平面に平行な直線偏波の電波の場合、アンテナ111のアンテナ利得を確保できる。アンテナ111のアンテナ利得の確保の点で、第3無給電導体53は、放射板20の平面視において、基準線27から±0.25×Dまでの範囲と重複するのが好ましく、基準線27から±0.20×Dまでの範囲と重複するのがより好ましい。アンテナ111のアンテナ利得の確保の点で、第3無給電導体53は、放射板20の平面視において、基準線27から±0.15×Dまでの範囲と重複するのがさらに好ましく、基準線27から±0.10×Dまでの範囲と重複するのがとくに好ましく、基準線27から±0.05×Dまでの範囲と重複するのが最も好ましい。
 放射板20の平面視において、第3無給電導体53の第3方向Ypの幅をW、第1無給電導体51又は第2無給電導体52の第3方向Ypの長さをLとする。このとき、W/Lは、
  W/L≦0.50
を満足すると、偏波面がYZ平面に平行な直線偏波の電波の場合、アンテナ111のアンテナ利得を確保できる。アンテナ111のアンテナ利得を確保する点で、W/Lは、
  W/L≦0.40
を満足するのが好ましく、
  W/L≦0.30
を満足するのがより好ましく、
  W/L≦0.20
を満足するのがさらに好ましく、
  W/L≦0.15
を満足するのがとくに好ましい。
 なお、Wの下限はとくに制限はないが、安定した剛性を保つ観点から、例えば、0.1mm以上でもよく、0.3mm以上でもよく、0.5mm以上でもよく、1.0mm以上でもよい。さらに、W/Lの下限はとくに制限はないが、0.01以上でもよく、0.02以上でもよく、0.03以上でもよい。
 また、第3無給電導体53は、両端部の間の幅Wが、延伸方向(長手方向)に向かって、漸増する部分及び漸減する部分の少なくとも一方を有してもよい。さらに、第3無給電導体53は、両端部の間の延伸方向、より具体的に幅Wの中心を結んだ線が、直線で延伸する形状に限らず、一部が屈曲した部分を有してもよいし、一部が波状の部分を有してもよい。
 第3無給電導体53の端部は、長さLを100%とするとき、30%以上70%以下の範囲の位置で第1無給電導体51体又は第2無給電導体52に接続されると、偏波面がYZ平面に平行な直線偏波の電波の場合、アンテナ111のアンテナ利得を確保できる。アンテナ111のアンテナ利得を確保する点で、第3無給電導体53の端部は、35%以上65%以下の範囲の位置で第1無給電導体51体又は第2無給電導体52に接続されるのが好ましく、40%以上60%以下の範囲の位置で第1無給電導体51体又は第2無給電導体52に接続されるのが好ましい。なお、第3無給電導体53は、上記範囲内において、延伸方向(長手方向)が、X軸に対して傾いて配置されてもよく、X軸に対して傾いて配置される場合、第3無給電導体53は、放射板20の平面視において、放射板20の重心21と重複するように配置されると好ましい。さらに、第3無給電導体53は、上記範囲内において、延伸方向(長手方向)が、X軸と略平行に配置されてもよく、X軸と平行に配置されていると好ましい。
 放射板20の平面視において、第2無給電導体52は、第1無給電導体51と同形状であると、偏波面がYZ平面に平行な直線偏波の電波の場合、アンテナ111のアンテナ利得を確保できる。しかし、放射板20の平面視において、第2無給電導体52は、第1無給電導体51と同形状でなくてもよい。
 第1無給電導体51と第2無給電導体52の少なくとも一方の一部又は全部は、放射板20の平面視において、放射板20と重複しても重複しなくてもよい。図2は、第1無給電導体51と第2無給電導体52の両方が、放射板20の平面視において、放射板20と重複する場合を例示する。
 第1無給電導体51と第2無給電導体52の少なくとも一方の一部又は全部は、放射板20の平面視において、接地板10と重複しても重複しなくてもよい。図2は、第1無給電導体51と第2無給電導体52の両方が、放射板20の平面視において、接地板10と重複する場合を例示する。なお、第1無給電導体51と第2無給電導体52の両方が、接地板10と重複しない配置とは、第1無給電導体51及び第2無給電導体52は、接地板10の外縁よりも外側に配置されることを意味する。
 無給電素子50は、重心54を対称中心とした点対称な形状である。重心54は、無給電素子50の重心を表す。図2は、重心54を対称中心とした点対称なH字状の形状を例示する。しかし、無給電素子50は、点対称でない形状でもよい。点対称でない形状とは、例えば、長さLが第1無給電導体51と第2無給電導体52とで相違する形状、第3無給電導体53の中心からの距離が第1無給電導体51と第2無給電導体52とで相違する形状などが挙げられる。なお、無給電素子50が、H字状の点対称な(平板)形状である場合、第1無給電導体51の長手方向と第2無給電導体52の長手方向とは平行であって、第3無給電導体53の長手方向が、第1無給電導体51及び第2無給電導体52の長手方向と直交する形状が好ましい。例えば、無給電素子50が、このようなH字形状である場合、無給電素子50を構成する導体(板)の表裏や(図2における)XY平面における回転位置を管理しなくてもよく、生産性が向上する。
 放射板20の平面視において、無給電素子50の重心54は、放射板20の重心21と重複すると、偏波面がYZ平面に平行な直線偏波の電波の場合、アンテナ111のアンテナ利得を確保できる。しかし、重心54は、重心21と重複しなくてもよい。
 放射板20の外縁は、放射板20の平面視において、第1方向Xpに平行な一対の辺25,26と、第1方向Xpと直交する方向に平行な一対の辺23,24を有する略四角形である。なお、図4に例示されるように、放射板20の外縁は、辺の一部に切り欠き等があっても、全体として四角形であれば、略四角形と定義してもよい。
 図4は、放射板の変形例の平面図である。図4は、放射板20の辺25には、切り欠きが設けられている。図4は、辺25を横切るように延伸する給電線路31が示されている。給電線路31は、給電点22と接続する延伸導体であり、放射面29に平行な平面に配置されている。図4は、給電線路31は、放射面29と同一面に形成されている。さらに、給電線路31は、給電線路端33から誘電体基材60の裏側に延伸して(不図示の)同軸ケーブル等の伝送線路に接続される。
 図1~図3は、第1無給電導体51と第2無給電導体52が、放射板20に対して、接地板10の側とは反対側に配置される場合を例示する。また、図1~図3は、第1無給電導体51と第2無給電導体52が、放射面29が配置されるXY平面とは異なるXY平面上に配置される場合を例示する。しかし、第1無給電導体51と第2無給電導体52は、放射面29と同一のXY平面(例えば、誘電体基材60の第1表面61)上に配置されてもよい。
 図5は、無給電素子の変形例の斜視図である。第1無給電導体51と第2無給電導体52は、放射板20の平面視において、放射板20と重複せず、放射面29と同一のXY平面(誘電体基材60の第1表面61)上に配置される場合を例示する。また、図5は、第3無給電導体53が、放射面29に平行な方向とは異なる方向に延伸し、放射面29との間に間隙が生ずるように放射面29を跨ぐブリッジ形状を有する場合を例示する。第3無給電導体53は、XY平面視で放射面29と重複する。
 図6は、コネクタを備えるアンテナの斜視図である。アンテナ111は、接地板10に対して放射面29とは反対側に配置され、同軸ケーブル32との接続のためのコネクタ55を備えてもよい。コネクタ55は、同軸ケーブル32の先端に設けられたオスコネクタが挿入されるメスコネクタである。同軸ケーブル32の先端に設けられたオスコネクタがコネクタ55に嵌め込まれることで、同軸ケーブル32の内部導体(信号線)は、放射面29の給電点22に電気的に接続され、同軸ケーブル32の外部導体(シールド)は、接地板10に電気的に接続される。とくに、アンテナ111が、コネクタ55を備える場合、図4に示す放射板20の変形例のように、同軸ケーブル32の芯線先端を給電線路端33の裏側近傍に配置できるので、コネクタ55を放射板20の裏側に固定するためのスペースを確保しやすくなる。
 図7は、周波数が5.88GHzの垂直偏波の条件下において、アンテナ111のZX平面における指向性のシミュレーション結果の一例を示す図である。「第3無給電導体あり」とは、アンテナ111の実施例を表し、「第3無給電導体なし」とは、アンテナ111から第3無給電導体53を取り除いた構成(比較例)を表す。図7において、90°の方向は、放射面29の法線方向であり、車両の進行方向を想定した方向である。
 図7に示すように、第3無給電導体53の有無で、指向性パターンがほとんど変わらないという結果が得られた。
 なお、図7のシミュレーション時において、アンテナ111の各部の条件は、
  接地板10:縦19mm×横19mm
  誘電体基材60:縦20mm×横20mm
  放射面29:縦12.7mm×横12.7mm
  第1無給電導体51及び第2無給電導体52の長さL:14mm
  第3無給電導体53の幅W:1.5mm
  第3無給電導体53の長さ:27mm
  給電点22の位置:重心21からY軸方向に2mmオフセット
であった。第3無給電導体53の両端部は、第1無給電導体51及び第2無給電導体52に各々の長さLの50%の位置で接続され、第3無給電導体53の幅Wの中心は放射面29の重心と重複させて配置した。さらに、本条件において、放射板20の平面視において、第1無給電導体51及び第2無給電導体52は、放射板20及び接地板10とは重複しないように配置した。
 以上の通り、実施形態を説明したが、上記実施形態は、例として提示したものであり、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の組み合わせ、省略、置き換え、変更などを行うことが可能である。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
 例えば、アンテナは、放射面が車両用窓ガラスと対向するように配置される場合に限られず、車両のルーフ等の車両表面に設置されてもよい。
 本国際出願は、2022年7月6日に出願した日本国特許出願第2022-109313号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第2022-109313号の全内容を本国際出願に援用する。
 10 接地板
 11 重心
 20 放射板
 21 重心
 22 給電点
 23~26 辺
 27,28 基準線
 29 放射面
 30 給電部
 31 給電線路
 32 同軸ケーブル
 33 給電線路端
 40 接続導体
 50 無給電素子
 51 第1無給電導体
 52 第2無給電導体
 53 第3無給電導体
 54 重心
 55 コネクタ
 60 誘電体基材
 70 窓ガラス
 80 車両
 101 アンテナ装置
 111 アンテナ

Claims (20)

  1.  放射面を有する放射板と、
     前記放射板の前記放射面の側とは反対側に誘電体を介して配置される接地板と、
     前記放射板の平面視において、前記放射板の重心を基準に第1方向に配置される第1無給電導体と、前記放射板の重心を基準に前記第1方向とは反対向きの第2方向に配置される第2無給電導体と、前記第1無給電導体と前記第2無給電導体を接続する第3無給電導体とを含む無給電素子と、を備え、
     前記第3無給電導体は、前記放射板の平面視において、前記放射板の重心の近傍を通り前記第1方向及び前記第2方向に沿って延伸する部分を含む、アンテナ。
  2.  前記放射板の平面視において、前記第1方向と直交する方向を第3方向、前記第3無給電導体の前記第3方向の幅をW、前記第1無給電導体又は前記第2無給電導体の前記第3方向の長さをLとするとき、W/Lは、
      W/L≦0.50
    を満足する、請求項1に記載のアンテナ。
  3.  前記第3無給電導体の端部は、前記長さLを100%とするとき、30%以上70%以下の範囲の位置で前記第1無給電導体又は前記第2無給電導体に接続される、請求項2に記載のアンテナ。
  4.  前記放射板の平面視において、前記第1方向と直交する方向を第3方向、前記第3方向とは反対向きの方向を第4方向、前記放射板の重心を通り前記第1方向に平行な基準線に対して前記第3方向をプラス、前記基準線に対して前記第4方向をマイナス、前記放射面の前記第3方向の長さをDとするとき、
     前記第3無給電導体は、前記放射板の平面視において、前記基準線から±0.30×Dまでの範囲と重複する、請求項1から3のいずれか一項に記載のアンテナ。
  5.  前記放射板の平面視において、前記第2無給電導体は、前記第1無給電導体と同形状である、請求項1から3のいずれか一項に記載のアンテナ。
  6.  前記放射板の外縁は、前記放射板の平面視において、前記第1方向に平行な一対の辺と、前記第1方向と直交する方向に平行な一対の辺を有する略四角形であり、
     前記放射面に平行な平面には、前記放射板の給電点と接続する延伸導体である給電線路が配置される、請求項1から3のいずれか一項に記載のアンテナ。
  7.  前記第1無給電導体と前記第2無給電導体の少なくとも一方は、前記放射板の平面視において、前記放射板と重複しない、請求項1から3のいずれか一項に記載のアンテナ。
  8.  前記第1無給電導体と前記第2無給電導体の少なくとも一方は、前記放射板の平面視において、前記接地板と重複しない、請求項1から3のいずれか一項に記載のアンテナ。
  9.  前記無給電素子は、点対称な形状である、請求項1から3のいずれか一項に記載のアンテナ。
  10.  前記放射板の平面視において、前記無給電素子の重心は、前記放射板の重心と重複する、請求項9に記載のアンテナ。
  11.  前記第1無給電導体と前記第2無給電導体は、前記放射板に対して、前記接地板の側とは反対側に配置される、請求項1から3のいずれか一項に記載のアンテナ。
  12.  前記第1無給電導体と前記第2無給電導体は、前記放射面とは異なる平面上に配置される、請求項1から3のいずれか一項に記載のアンテナ。
  13.  前記第3無給電導体は、前記放射面に平行な方向とは異なる方向に延伸して前記放射面を跨ぐブリッジ形状を有する、請求項1から3のいずれか一項に記載のアンテナ。
  14.  前記第1無給電導体と前記第2無給電導体は、前記放射板の平面視において、前記放射板と重複せず、前記放射面と同一面に配置される、請求項13に記載のアンテナ。
  15.  前記接地板に対して前記放射面とは反対側に配置され、同軸ケーブルとの接続のためのコネクタを備える、請求項1から3のいずれか一項に記載のアンテナ。
  16.  前記第3無給電導体は、誘電体によって固定されている、請求項1から3のいずれか一項に記載のアンテナ。
  17.  前記第1無給電導体及び第2無給電導体は、前記第3無給電導体と接続する部分を除き空気と接している、請求項16に記載のアンテナ。
  18.  車両用の窓ガラスと、
     前記放射面が前記窓ガラスと対向するように配置された、請求項1から3のいずれか一項に記載のアンテナと、を備え、
     前記放射面は、水平面に直角な鉛直面に対して±15°以内の角度で傾斜する、車両用アンテナ装置。
  19.  前記放射面において、前記放射板の重心と前記放射板の給電点とを結ぶ直線は、水平面に直角な鉛直面に対して±15°以内の角度で傾斜し、
     前記アンテナが受信する電波の周波数帯は、5.8GHz帯域または5.9GHz帯域を含む、請求項18に記載の車両用アンテナ装置。
  20.  前記アンテナは、V2Xアンテナである、請求項18に記載の車両用アンテナ装置。
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