JP4301041B2 - 統合アンテナ - Google Patents

Description

本発明は、天頂方向に指向性を有する第１のアンテナと、水平方向に指向性を有する第２のアンテナと、少なくとも前記第１のアンテナのグランドとして作用するグランド板とを備えた統合アンテナに関する。

従来より、複数のアンテナが同一のグランド板に配置され、複数のアンテナが統合されてなる統合アンテナが供されている（例えば特許文献１参照）。
特開２００３−１６８９１７号公報

ところで、従来より実現されている統合アンテナは、天頂方向（仰角９０度）に指向性を有するアンテナ同士が同一のグランド板に配置され、天頂方向に指向性を有するアンテナ同士が統合されてなるものであるが、その一方で、近年の無線技術の発展に伴って、天頂方向に指向性を有するアンテナと水平方向（仰角０度）に指向性を有するアンテナとを統合するものが要望されている。しかしながら、天頂方向に指向性を有するアンテナと水平方向に指向性を有するアンテナとを統合しようとすると、各々のアンテナの性能を低下させないように各々のアンテナをグランド板に配置する必要がある。

本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、天頂方向に指向性を有するアンテナと水平方向に指向性を有するアンテナとの各々の性能を適切に確保しながらも両者を適切に統合することができる統合アンテナを提供することにある。

請求項１に記載した発明によれば、天頂方向に指向性を有する第１のアンテナがグランド板の中央部付近に配置され、水平方向に指向性を有する第２のアンテナがグランド板の一辺に沿うように端部付近に配置されている。第２のアンテナは、グランド板の一辺に沿うように端部付近に配置され、１本のエレメントの一方の側と他方の側とに略平行な２本の辺部を有するように折返し構造が形成され且つ各々の略平行な２本の辺部の一部がグランド板に対して略平行になるように折曲げ構造が形成されている変形折返しダイポールアンテナから構成されている。
ここで、天頂方向に指向性を有するアンテナがグランド板の中央部付近に配置されている場合と端部付近に配置されている場合との指向性について説明すると、天頂方向に指向性を有するアンテナがグランド板の中央部付近に配置されている場合には、アンテナからグランド板に対して電界が均等に放射されることになるので、その指向性パターンのピーク（最大利得）が天頂方向に向くことになるが、これに対して、天頂方向に指向性を有するアンテナがグランド板の端部付近に配置されている場合には、アンテナからグランド板に対して電界が均等に放射されるのではなく、アンテナからグランド板に対して電界が偏って放射されることになり、場合によっては電界がグランド板の裏側に回込むことになるので、その指向性パターンのピークが天頂方向から外れた方向に向くことになり、その結果、アンテナの性能が低下することになる。一方、水平方向に指向性を有するアンテナがグランド板の中央部付近に配置されている場合と端部付近に配置されている場合との指向性について説明すると、両者とも指向性パターンのピークが水平方向に向くことになり、両者の間でアンテナの性能に差が生じることはない。

すなわち、本発明は、天頂方向に指向性を有するアンテナに関しては、グランド板の中央部付近に配置されている場合にはアンテナの性能を適切に確保することができるものの、グランド板の端部付近に配置されている場合にはアンテナの性能を適切に確保することができず、一方、水平方向に指向性を有するアンテナに関しては、グランド板の中央部付近に配置されている場合と端部付近に配置されている場合との双方でアンテナの性能を適切に確保することができるという点に着目してなされたものである。

これにより、天頂方向に指向性を有する第１のアンテナがグランド板の中央部付近に配置され、水平方向に指向性を有する第２のアンテナがグランド板の一辺に沿うように端部付近に配置されることにより、天頂方向に指向性を有するアンテナと水平方向に指向性を有するアンテナとの各々の性能を適切に確保しながらも両者を適切に統合することができる。

請求項２に記載した発明によれば、第２のアンテナは、１本のエレメントの一方の側と他方の側とに略平行な２本の辺部を有するように折返し構造が形成されている折返しダイポールアンテナから構成されている。これにより、ダイポールアンテナがグランド板を必要としないアンテナであることから、指向性パターンがグランド板の影響を受けることがなく、水平方向の指向性を適切に確保することができる。しかも、この場合は、折返し構造が形成されていることにより、アンテナのインピーダンスを折返し構造で低下させることができ、アンテナのインピーダンスを当該アンテナに接続される同軸ケーブルのインピーダンスに整合させることができ、インピーダンスを整合するためのマッチング回路を必要とすることなく、電力効率を適切に確保することができる。

請求項３に記載した発明によれば、第２のアンテナは、各々の略平行な２本の辺部の一部がグランド板に対して略平行になるように折曲げ構造が形成されている変形折返しダイポールアンテナから構成されている。これにより、折曲げ構造が形成されていることにより、第２のアンテナの高さ方向の寸法を小さくすることができ、統合アンテナ全体として低姿勢な構造を実現することができる。

請求項４に記載した発明によれば、第２のアンテナは、２本のエレメントからなるダイポールアンテナから構成されている。これにより、上記した請求項２に記載したものと同様にして、ダイポールアンテナがグランド板を必要としないアンテナであることから、指向性パターンがグランド板の影響を受けることがなく、水平方向の指向性を適切に確保することができる。

請求項５に記載した発明によれば、第２のアンテナは、各々のエレメントの一部がグランド板に対して略平行になるように折曲げ構造が形成されている変形ダイポールアンテナから構成されている。これにより、上記した請求項３に記載したものと同様にして、折曲げ構造が形成されていることにより、第２のアンテナの高さ方向の寸法を小さくすることができ、統合アンテナ全体として低姿勢な構造を実現することができる。

請求項６に記載した発明によれば、第１のアンテナは、ＧＰＳ用アンテナやＶＩＣＳ用アンテナから構成され、第２のアンテナは、移動電話用アンテナから構成されている。これにより、ＧＰＳ受信機やＶＩＣＳ受信機および移動電話機が搭載されている車両に搭載可能な車載用統合アンテナとして使用することができる。

以下、本発明のアンテナを車両に搭載可能な車載用統合アンテナに適用した一実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、統合アンテナの全体構成を概略的に示している。車載用統合アンテナ１は、天頂方向に指向性を有するアンテナ２（本発明でいう第１のアンテナ）と、水平方向に指向性を有するアンテナ３（本発明でいう第２のアンテナ）と、グラント板４とを備えて構成されている。

天頂方向に指向性を有するアンテナ２は、金属板からなる放射素子５が例えば樹脂からなる誘電体６上に搭載されてなるパッチアンテナ７から構成され、グランド板４の中央部に配置されている。この場合、天頂方向に指向性を有するアンテナ２は、例えばＧＰＳ衛星から送信されたＧＰＳ電波を受信するためのＧＰＳ用アンテナやサービスセンターから送信されたＶＩＣＳ電波を受信するためのＶＩＣＳ用アンテナなどである。一方、水平方向に指向性を有するアンテナ３は、変形折返しダイポールアンテナ（図２（ａ）参照）や変形折返しモノポールアンテナ（図２（ｂ）参照）から構成され、グランド板４の端部（図１では左端部）に配置されている。この場合、水平方向に指向性を有するアンテナ３は、移動電話で使用されている例えば「８００ＭＨｚ」帯域の電波を送受信するための移動電話用アンテナなどである。

変形折返しダイポールアンテナおよび変形折返しモノポールアンテナの構造について、具体的に説明すると、図２（ａ）に示すように、変形折返しダイポールアンテナ１１は、１本のエレメントからなる伝送線路アンテナからなり、略平行な２本の辺部１２，１３を有するように折返し構造１４が一方の側に形成されていると共に、略平行な２本の辺部１５，１６を有するように折返し構造１７が他方の側にも形成されている。また、２本の辺部１２，１３は、それらの一部がグランド板４に対して平行になるように折曲げ構造１８，１９により略直角に折曲げられていると共に、２本の辺部１５，１６も、それらの一部がグランド板４に対して平行になるように折曲げ構造２０，２１により略直角に折曲げられている。

この場合、例えば「８００ＭＨｚ」帯域の電波を送受信するための移動電話用アンテナであれば、辺部１２の端部１２ａから折返し構造１４の中央部までの長さ（図２（ａ）中「Ｌ１」参照）、折返し構造１４の中央部からエレメントの中央部での長さ（図２（ａ）中「Ｌ２」参照）、エレメントの中央部から折返し構造１７の中央部までの長さ、折返し構造１７の中央部から辺部１５の端部１５ａまでの長さは、それぞれ「８００ＭＨｚ」帯域の電波の波長に「１／４」を乗じた長さに構成されている。つまり、変形折返しダイポールアンテナ１１は、その全長が「８００ＭＨｚ」帯域の電波の波長と同一の長さに構成されている。そして、同軸ケーブル２２は、その内側導体２２ａがエレメントの一方の端部側、つまり、辺部１２の端部１２ａ側に接続されていると共に、その外側導体２２ｂがエレメントの他方の端部側、つまり、辺部１５の端部１５ａ側に接続されている。

一方、図２（ｂ）に示すように、変形折返しモノポールアンテナ３１は、１本のエレメントからなる伝送線路アンテナからなり、略平行な２本の辺部３２，３３を有するように折返し構造３４が形成されており、２本の辺部３２，３３は、それらの一部がグランド板４に対して平行になるように折曲げ構造３５，３６により略直角に折曲げられている。この場合も、例えば「８００ＭＨｚ」帯域の電波を送受信するための移動電話用アンテナであれば、辺部３２の端部３２ａから折返し構造３４の中央部までの長さ（図２（ｂ）中「Ｌ３」参照）、折返し構造３４の中央部から辺部３３の端部３３ａまでの長さ（図２（ｂ）中「Ｌ４」参照）は、それぞれ「８００ＭＨｚ」帯域の電波の波長に「１／４」を乗じた長さに構成されている。つまり、変形折返しモノポールアンテナ３１は、その全長が「８００ＭＨｚ」帯域の電波の波長に「１／２」を乗じた長さに構成されている。そして、同軸ケーブル２２は、その内側導体２２ａがエレメントの一方の端部側、つまり、辺部３２の端部３２ａ側に接続されていると共に、その外側導体２２ｂがエレメントの他方の端部側、つまり、辺部３３の端部３３ａ側に接続されている。

ここで、天頂方向に指向性を有するアンテナ２がグランド板４の中央部に配置されていると共に、水平方向に指向性を有するアンテナ３がグランド板４の端部に配置されている理由について以下に説明する。

発明者らは、天頂方向に指向性を有するアンテナ２と水平方向に指向性を有するアンテナ３との各々について、グランド板４の中央部に配置されている場合と端部に配置されている場合との指向性パターンについて測定した。

図３は、天頂方向に指向性を有するアンテナ２について、グランド板４の中央部に配置されている場合と端部に配置されている場合との指向性パターンの測定結果を示している。図４（ａ）に示すように、天頂方向に指向性を有するアンテナ２がグランド板４の中央部に配置されている場合には、アンテナ２からグランド板４に対して電界が均等に放射されることになるので、指向性パターンのピーク（最大利得）が天頂方向に向くことになる（図３中「矢印Ａ」参照）が、これに対して、図４（ｂ）に示すように、天頂方向に指向性を有するアンテナ２がグランド板４の端部に配置されている場合には、アンテナ２からグランド板４に対して電界が均等に放射されるのではなく、アンテナ２からグランド板４に対して電界が偏って放射されることになり、場合によっては電界がグランド板４の裏側に回込むことになるので、指向性パターンのピークが天頂方向から外れた方向に向くことになる（図３中「矢印Ｂ」参照）。

一方、図５は、水平方向に指向性を有するアンテナ３について、グランド板４の中央部に配置されている場合と端部に配置されている場合との指向性パターンの測定結果を示している。尚、ここでは、水平方向に指向性を有するアンテナ３が変形折返しモノポールアンテナ３１から構成されている場合の測定結果を示している。変形折返しモノポールアンテナ３１がグランド板４の中央部に配置されている場合と端部に配置されている場合との指向性について説明すると、両者とも指向性パターンのピークが水平方向に向くことになり、両者の間でアンテナの性能に差が生じることはない。

すなわち、天頂方向に指向性を有するアンテナ２に関しては、グランド板４の中央部に配置されている場合にはアンテナ２の性能を適切に確保することができるものの、グランド板４の端部付近に配置されている場合にはアンテナ２の性能を適切に確保することができず、一方、水平方向に指向性を有するアンテナ３に関しては、グランド板４の中央部に配置されている場合と端部に配置されている場合との双方でアンテナ３の性能を適切に確保することができる。

ここで、図６は、上記した図１の構成、つまり、天頂方向に指向性を有するアンテナ２がグランド板４の中央部に配置されていると共に水平方向に指向性を有するアンテナ３がグランド板４の端部に配置されている構成における天頂方向に指向性を有するアンテナ２の指向性パターンを測定した測定結果を示しており、図７は、上記した図１の構成における水平方向に指向性を有するアンテナ３の指向性パターンを測定した測定結果を示しておいる。尚、ここでは、水平方向に指向性を有するアンテナ３を変形折返しダイポールアンテナ１１から構成した場合の測定結果を示している。図６および図７から明らかなように、本実施形態の構成によれば、天頂方向に指向性を有するアンテナ２の性能を適切に確保することができると共に、水平方向に指向性を有するアンテナ３の性能をも適切に確保することができる。

また、図８は、変形折返しダイポールアンテナ１１と変形折返しモノポールアンテナ３１との各々について、指向性パターンを測定した測定結果を示している。図８から明らかなように、変形折返しダイポールアンテナ１１の指向性パターンと変形折返しモノポールアンテナ３１の指向性パターンとを比較すると、変形折返しダイポールアンテナ１１の方が変形折返しモノポールアンテナ３１よりも指向性パターンが優れている。これは、モノポールアンテナがグランド板を必要とするアンテナであることから、その指向性パターンがグランド板４の影響を受けることになるが、一方、ダイポールアンテナがグランド板を必要としないアンテナであることから、その指向性パターンがグランド板４の影響を受けないという理由によるものである。

ところで、以上は、水平方向に指向性を有するアンテナ３を変形折返しダイポールアンテナ１１や変形折返しモノポールアンテナ３１から構成した場合を説明したものであるが、図９（ａ）に示すように、変形折返しダイポールアンテナ１１の折返し構造が省略された形状をなす変形ダイポールアンテナ４１から構成しても良いし、また、図９（ｂ）に示すように、変形折返しモノポールアンテナ３１の折返し構造が省略された形状をなす変形モノポールアンテナ５１から構成しても良い。この場合、変形ダイポールアンテナ４１を構成する２本のエレメントの各々は、その全長（図９（ａ）中「Ｌ５」参照）が「８００ＭＨｚ」帯域の電波の波長に「１／４」を乗じた長さに構成され、また、変形モノポールアンテナ５１を構成する１本のエレメントは、その全長（図９（ｂ）中「Ｌ６」参照）が「８００ＭＨｚ」帯域の電波の波長に「１／４」を乗じた長さに構成されることになる。
尚、高さ方向の制約が無ければ、折曲げ構造が省略された形状をなすダイポールアンテナやモノポールアンテナから構成しても良い。

以上に説明したように本実施形態によれば、車載用統合アンテナ１において、天頂方向に指向性を有するアンテナ２がグランド板４の中央部に配置され、水平方向に指向性を有するアンテナ３がグランド板４の端部に配置されるように構成したので、天頂方向に指向性を有するアンテナ２と水平方向に指向性を有するアンテナ３との各々の性能を適切に確保しながら両者を適切に統合することができる。

また、水平方向に指向性を有するアンテナ３がダイポールアンテナから構成されることにより、ダイポールアンテナがグランド板４を必要としないアンテナであることから、その指向性パターンがグランド板４の影響を受けることがなく、水平方向の指向性を適切に確保することができる。

また、水平方向に指向性を有するアンテナ３が折返し構造を有する折返しダイポールアンテナから構成されることにより、アンテナ３のインピーダンスを折返し構造で低下させることができ、アンテナ３のインピーダンスを同軸ケーブル２２のインピーダンスに整合させることができ、インピーダンスを整合するためのマッチング回路を必要とすることなく、電力効率を適切に確保することができる。

さらに、水平方向に指向性を有するアンテナ３が折曲げ構造を有する変形折返しダイポールアンテナから構成されることにより、アンテナ３の高さ方向の寸法を小さくすることができ、車載用統合アンテナ１全体として低姿勢な構造を実現することができる。

本発明は、上記した実施形態にのみ限定されるものではなく、以下のように変形または拡張することができる。
天頂方向に指向性を有するアンテナとして例えば自動料金収受システムで使用されるＥＴＣ用アンテナが適用される構成であっても良く、水平方向に指向性を有するアンテナとして例えば無線ＬＡＮで使用される無線ＬＡＮ用アンテナが適用される構成であっても良い。
天頂方向に指向性を有するアンテナがグランド板に直接配置される構成に限らず、天頂方向に指向性を有するアンテナが空間を介してグランド板に配置される構成であっても良いし、天頂方向に指向性を有するアンテナが例えばプリント配線基板やシールドケースなどの他の部材を介してグランド板に配置される構成であっても良い。

本発明の一実施形態の構成を概略的に示す斜視図 変形折返しダイポールアンテナおよび変形折返しモノポールアンテナの構成を概略的に示す斜視図 天頂方向に指向性を有するアンテナの指向性パターンを示す図 天頂方向に指向性を有するアンテナがグランド板の中央部に配置されている態様および端部に配置されている態様を概略的に示す図 水平方向に指向性を有するアンテナの指向性パターンを示す図 本実施形態における天頂方向に指向性を有するアンテナの指向性パターンを示す図 本実施形態における水平方向に指向性を有するアンテナの指向性パターンを示す図 変形折返しダイポールアンテナの指向性パターンおよび変形折返しモノポールアンテナの指向性パターンを示す図 変形折返しダイポールアンテナおよび変形折返しモノポールアンテナの構成成を概略的に示す斜視図

符号の説明

図面中、１は車載用統合アンテナ（統合アンテナ）、２は天頂方向に指向性を有するアンテナ（第１のアンテナ）、３は水平方向に指向性を有するアンテナ（第２のアンテナ）、４はグランド板、１１は変形折返しダイポールアンテナ、１２，１３は辺部、１４は折返し構造、１５，１６は辺部、１７は折返し構造、１８〜２１は折曲げ構造、４１は変形ダイポールアンテナである。

Claims (7)

1. 天頂方向に指向性を有する第１のアンテナと、水平方向に指向性を有する第２のアンテナと、少なくとも前記第１のアンテナのグランドとして作用するグランド板とを備えた統合アンテナであって、
   前記第１のアンテナは、前記グランド板の中央部付近に配置され、
   前記第２のアンテナは、前記グランド板の一辺に沿うように端部付近に配置され、１本のエレメントの一方の側と他方の側とに略平行な２本の辺部を有するように折返し構造が形成され且つ各々の略平行な２本の辺部の一部が前記グランド板に対して略平行になるように折曲げ構造が形成されている変形折返しダイポールアンテナから構成されていることを特徴とする統合アンテナ。
2. 天頂方向に指向性を有する第１のアンテナと、水平方向に指向性を有する第２のアンテナと、少なくとも前記第１のアンテナのグランドとして作用するグランド板とを備えた統合アンテナであって、
   前記第１のアンテナは、前記グランド板の中央部付近に配置され、
   前記第２のアンテナは、前記グランド板の一辺に沿うように端部付近に配置され、その辺部の一部が前記グランド板に対して略平行になるように折曲げ構造が形成されていることを特徴とする統合アンテナ。
3. 請求項２に記載した統合アンテナにおいて、
   前記第２のアンテナは、１本のエレメントからなり、略平行な２本の辺部を有するように折返し構造が形成されている変形折返しモノポールアンテナから構成されていることを特徴とする統合アンテナ。
4. 請求項２に記載した統合アンテナにおいて、
   前記第２のアンテナは、１本のエレメントからなる変形モノポールアンテナから構成されていることを特徴とする統合アンテナ。
5. 請求項２に記載した統合アンテナにおいて、
   前記第２のアンテナは、２本のエレメントからなる変形ダイポールアンテナから構成されていることを特徴とする統合アンテナ。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載した統合アンテナにおいて、
   前記第１のアンテナは、ＧＰＳ用アンテナやＶＩＣＳ用アンテナから構成され、
   前記第２のアンテナは、移動電話用アンテナから構成されていることを特徴とする統合アンテナ。
7. 請求項１または５に記載した統合アンテナにおいて、
   前記ダイポールアンテナは、前記グランド板に対して垂直な辺部で給電されることを特徴とする統合アンテナ。

Images