JP2006237813A - パッチアンテナおよびアンテナユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 高仰角においてアンテナ指向性利得の大きいアンテナ特性を持つパッチアンテナを提供すること。
【解決手段】 パッチアンテナ（２０）と、このパッチアンテナの底面に取り付けられ、信号処理回路が形成された回路基板（２２）と、信号処理回路をシールドするシールドケース（２４）と、を備えたアンテナユニット（１２）は、パッチアンテナ（２０）の天面に設けられた導波器（４０）を有する。導波器（４０）は、パッチアンテナ（２０）の天面に貼り付けられたクッション部材（４１）と、このクッション部材の上に設置された金属リング（４２）と、から構成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、アンテナユニットに関し、特に、人工衛星からの電波（以下「衛星波」とも呼ぶ。）または地上での電波（以下「地上波」とも呼ぶ。）を受信してデジタルラジオ放送を聴取することが可能なデジタルラジオ受信機用のパッチアンテナおよびアンテナユニットに関する。

最近、衛星波または地上波を受信して、デジタルラジオ放送を聴取可能にしたデジタルラジオ受信機が開発され、米国において実用化されている。すなわち、ＸＭとシリウスという２つの放送局が計２５０チャンネル以上のラジオ番組を全国に提供している。このデジタルラジオ受信機は、一般には、自動車等の移動体に搭載され、周波数が約２．３ＧＨｚ帯の電波を受信してラジオ放送を聴取することが可能である。すなわち、デジタルラジオ受信機は、モバイル放送を聴取することが可能なラジオ受信機である。受信電波の周波数が約２．３ＧＨｚ帯なので、そのときの受信波長（共振波長）λは約１２８．３ｍｍである。尚、地上波は、衛星波を一旦、地球局で受信した後、周波数を若干シフトし、直線偏波で再送信したものである。すなわち、衛星波は円偏波であるの対して、地上波は直線偏波である。

ＸＭ衛星ラジオ用アンテナ装置は、静止衛星２ケより円偏波電波を受信し、不感地帯では地上直線偏波設備により電波を受信する。一方、シリウス衛星ラジオ用アンテナ装置は、周回衛星３ケ（シンクロ型）より円偏波電波を受信し、不感地帯では地上直線偏波設備により電波を受信する。

このようにデジタルラジオ放送では、約２．３ＧＨｚ帯の周波数の電波が使用されるので、その電波を受信するアンテナ装置は、室外に設置されなければならない。従って、デジタルラジオ受信機を自動車等の移動体に搭載する場合には、そのアンテナ装置を移動体の屋根に取り付けなければならない。

このようなアンテナ装置は、アンテナユニットと、このアンテナユニットを覆うためのアンテナケースとから構成される。アンテナケースは、ドーム状のトップカバーとボトムプレートとから構成される。アンテナユニットは、アンテナエレメントと回路基板とシールドケースとから構成される。アンテナエレメントは、例えば、セラミック製のパッチアンテナで構成され、衛星波を受信する。回路基板には、このアンテナエレメントで受信した信号に対して信号増幅などの各種信号処理を施す回路（以下、信号処理回路と呼ぶ）が形成されている。シールドケースは信号処理回路をシールドするためのものである。

アンテナエレメントとして用いられる従来のセラミック製のパッチアンテナは、セラミック材料から成る誘電体の両面にスクリーン印刷が施されたものである。

従来のセラミック製パッチアンテナは、低仰角においてアンテナ指向性利得が大きいアンテナ特性を持つ。しかしながら、シリウス衛星ラジオ用アンテナ装置においては、アンテナエレメントとして、高仰角において指向性利得が大きいアンテナ特性を持つものが望まれている。

したがって、本発明の課題は、高仰角においてアンテナ指向性利得の大きいアンテナ特性を持つパッチアンテナを提供することにある。

本発明の第１の態様によれば、パッチアンテナ（２０）と、該パッチアンテナの天面に設けられた導波器（４０）とを有するパッチアンテナが得られる。

上記本発明の第１の態様に係るパッチアンテナにおいて、前記導波器（４０）は、例えば、前記パッチアンテナの天面に貼り付けられたクッション部材（４１）と、該クッション部材の上に設置された金属リング（４２）と、から構成されることが好ましい。このようなパッチアンテナは、例えば、衛星ラジオ受信用アンテナとして使用される。

本発明の第２の態様によれば、パッチアンテナ（２０）と、該パッチアンテナの底面に取り付けられ、信号処理回路が形成された回路基板（２２）と、前記信号処理回路をシールドするシールドケース（２４）と、を備えたアンテナユニット（１２）に於いて、前記パッチアンテナ（２０）の天面に設けられた導波器（４０）を有するアンテナユニットが得られる。

上記本発明の第２の態様によるアンテナユニットにおいて、前記導波器（４０）は、前記パッチアンテナの天面に貼り付けられたクッション部材（４１）と、該クッション部材の上に設置された金属リング（４２）と、から構成されることが好ましい。このようなアンテナユニットは、例えば、衛星ラジオ受信用アンテナユニットとして使用される。

尚、上記括弧内の符号は、本発明の理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、これらに限定されないのは勿論である。

本発明では、パッチアンテの天面に導波器を設けたので、高仰角における指向性利得を大きくすることができるという効果を奏する。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１を参照して、本発明の一実施の形態に係るパッチアンテナを含むアンテナ装置１０について説明する。図示のアンテナ装置１０は、デジタルラジオ受信機用のアンテナ装置であって、自動車等の移動体の屋根に設置されて使用される。

図示のアンテナ装置１０は、アンテナユニット１２と、このアンテナユニット１２を覆うためのアンテナケース（後述する）とから構成される。アンテナケースは、ドーム状のトップカバー（図示せず）とボトムプレート１４とから構成される。アンテナユニット１２はトップカバー内に収納される。

アンテナユニット１２は、アンテナエレメント２０と回路基板２２とシールドケース２４とを有する。図示のアンテナエレメント２０は、セラミック製のパッチアンテナで構成され、衛星波を受信する。回路基板２２には、このアンテナエレメント２０で受信した信号に対して信号増幅などの各種信号処理を施す回路（以下、信号処理回路と呼ぶ）が形成されている。アンテナエレメント２０と回路基板２２とは、図示しない両面テープなどによって接合される。

回路基板２２には、受信信号をアンテナケースの外部に取り出すためのケーブル（図示せず）が接続される。また、回路基板２２には、アンテナエレメント２０が配置された側とは反対側の主面に、上記信号処理回路をシールドするためのシールドケース２４が取り付けられている。

シールドケース２４は、ケーブルを通すための開口２４ａを持つ。シールドケース２４は、その両側側面から外側へ延びる一対の耳２４１を有する。これら耳２４１には、螺子２６を貫通するための貫通穴２４ｂが空けられている。

アンテナ装置１０は、アンテナユニット１２とボトムプレート１４との間に配置されたユニット固定部材３０を備えている。このユニット固定部材３０は、後述するように、当該アンテナ装置１０を移動体（車体）の屋根に仮固定し、かつアンテナユニット１２をボトムプレート１４上に固定するためのものである。すなわち、アンテナユニット１２の真下にユニット固定部材３０が配置されている。

一方、ボトムプレート１４は、このユニット固定部材３０を収容するための凹部１４１を持つ。ボトムプレート１４は、３本の螺子２６が螺合される螺子穴１４２ａが切られた３つのボス１４２を有する。これら３つのボス１４２の内の２つは、上記シールドケース２４の一対の耳２４１と対応する位置に設けられている。

ユニット固定部材３０は、ボトムプレート１４の上記３つのボス１４２と対応する位置に、ボスを受ける３つのボス受け部３１を持つ。これらボス受け部３１には、３本の螺子２６を連通するための連通穴３１ａが空けられている。ユニット固定部材３０は、ケーブルを通すための穴３０ａを持つ。更に、ユニット固定部材３０は、当該アンテナ装置１０を移動体（車体）の屋根に対して仮止めするために下方へ延在する一対のツメ３２を持つ。

ボトムプレート１４には、凹部１４１にケーブルを通すための穴１４１ａと、一対のツメ３２を通すための２つの穴１４１ｂとが空けられている。

以下、図１を参照して、このような構成のアンテナ装置１０を移動体（車体）に固定する方法について説明する。

先ず、ユニット固定部材３０の一対のツメ３２をボトムプレート１４の２つの穴１４１ｂに通す。このとき、ボトムプレート１４の３つのボス１４２はユニット固定部材３０のボス受け部３１に挿入された状態で受けられる。

次に、３本の螺子２６を、シールドケース２４の２つの貫通穴２４ｂおよびユニット固定部材３０の３つの連通穴３１ａを介して、ボス１４２の螺子穴１４２ａに螺子止めする。これにより、アンテナユニット１２はユニット固定部材３０を介してボトムプレート１４上に固定される。

次に、ボトムプレート１４の下面から下方へ延在する円筒状のボルト５０を移動体（車体）の屋根（図示せず）に空けられた開口（図示せず）に通す。これにより、アンテナ装置１０は移動体（車体）の屋根上に仮固定される。

そして、ナット（図示せず）をボルト５０に螺合することによって、本アンテナ装置１０は移動体（車体）の屋根上に本固定される。

このように本実施の形態では、アンテナ装置１０を移動体（車体）上に仮固定し、かつアンテナユニット１２をボトムプレート１４上に固定するためのユニット固定部材３０を、アンテナユニット１２の真下に配置して、ユニット固定部材３０をアンテナユニット１２と重なるような配置にしている。この結果、アンテナケース内にて必要となるスペースを縮小することができる。その為、より小型でデザイン性の高いアンテナ装置１０を提供することが可能となる。

セラミック製のパッチアンテナ２０は、セラミック材料から成る誘電体の両面（天面と底面）にスクリーン印刷が施されたものである。詳述すると、パッチアンテナ２０は、誘電体の天面に放射素子（図示せず）が形成され、底面に接地導体（図示せず）が形成された構成をしている。

本実施の形態に係るパッチアンテナ２０は、その天面に導波器４０が装着されている。導波器４０は、発泡性のクッション部材４１と、矩形の金属リング４２とから構成されている。クッション部材４１は、例えば、ポリウレタン発砲体から構成されるが、できるだけ誘電率が低い材料で構成されるものが望ましい。クッション部材４１は、パッチアンテナ２０の天面に貼り付けられている。金属リング４２は、アルミニウムや銅の金属材料で作られる。金属リング４２は、クッション部材４１の上に設置される。図示の実施の形態では、金属リング４２は金属テープで形成されている。

導波器４０は、クッション部材４１と矩形の金属リング４２とから構成されるので、非常に安価で且つ簡易な構造をしている。

図２に、パッチアンテナ２０のみから成る従来のパッチアンテナ（２０）と、パッチアンテナ２０と導波器４０との組み合わせから成る本発明のパッチアンテナ（２０，４０）のアンテナ指向性利得を示す。図２において、太線が本発明のパッチアンテナのアンテナ指向性利得を示し、細線が従来のパッチアンテナのアンテナ指向性利得を示す。図２から明らかなように、本発明のパッチアンテナ（２０，４０）の方が、従来のパッチアンテナ（２０）に比較して、高仰角におけるアンテナ指向性利得が大きいことが分かる。

このように、パッチアンテナ２０の天面に導波器４０を装着することにより、アンテナ指向性の調整を図ることができる。

以上、本発明について好ましい実施の形態によって説明してきたが、本発明は上述した実施の形態に限定しないのは勿論である。例えば、上述した実施の形態では、導波器としてクッション部材と金属リングの組み合わせからなるものを採用しているが、アンテナ指向性を調整できるものであればどのような構成であっても良い。また、金属リングは矩形に限定されず、種々の形状のものを採用して良い。パッチアンテナを構成する誘電体は、セラミック製に限定されず、樹脂等を使用しても良い。クッション部材は、発泡性のものに限定されず、できるだけ誘電率が小さいものであれば良い。金属リングも金属テープに限定されない。

また、上記実施の形態において説明したアンテナ装置は、デジタルラジオ受信機用のアンテナ装置に適しているが、これに限定される訳ではなく、ＧＰＳ受信機用のアンテナ装置や、他の衛星波、地上波を受信するための移動体通信用のアンテナ装置としても適用可能である。

本発明の一実施の形態に係るパッチアンテナを含むアンテナ装置を示す分解斜視図である。 従来のパッチアンテナと図１に示したパッチアンテナのアンテナ指向性利得特性を示す図である。

符号の説明

１０ アンテナ装置
１２ アンテナユニット
２０ アンテナエレメント（パッチアンテナ）
２２ 回路基板
２４ シールドケース
４０ 導波器
４１ クッション部材
４２ 金属リング

Claims (6)

1. パッチアンテナと、該パッチアンテナの天面に設けられた導波器とを有するパッチアンテナ。
2. 前記導波器は、前記パッチアンテナの天面に貼り付けられたクッション部材と、該クッション部材の上に設置された金属リングと、から構成される請求項１に記載のパッチアンテナ。
3. 前記パッチアンテナは衛星ラジオ受信用アンテナである、請求項１又は２に記載のパッチアンテナ。
4. パッチアンテナと、該パッチアンテナの底面に取り付けられ、信号処理回路が形成された回路基板と、前記信号処理回路をシールドするシールドケースと、を備えたアンテナユニットに於いて、前記パッチアンテナの天面に設けられた導波器を有するアンテナユニット。
5. 前記導波器は、前記パッチアンテナの天面に貼り付けられたクッション部材と、該クッション部材の上に設置された金属リングと、から構成される請求項４に記載のアンテナユニット。
6. 前記アンテナユニットは衛星ラジオ受信用アンテナユニットである、請求項４又は５に記載のアンテナユニット。
   

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