JP4461069B2 - 複合アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、複合アンテナ装置に関し、特に、ＧＰＳ（全地球測位システム）用アンテナと無線ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）用アンテナとを搭載した複合アンテナ装置に関する。

この技術分野において周知のように、現在、車両には種々のアンテナが搭載される。例えば、そのようなアンテナの１つに、ＧＰＳ（全地球測位システム）用アンテナがある。

ＧＰＳ（Global Positioning System）は、人工衛星を用いた衛星測位システムである。ＧＰＳは、地球を周回している２４個の人工衛星のうちの４個の人工衛星からの電波（ＧＰＳ信号）を受信し、この受信した電波から移動体と人工衛星との位置関係および時間誤差を測定して三角測量の原理に基づいて、移動体の地図上における位置や高度を高精度で算出することを可能としたものである。

ＧＰＳは、近年では、走行する自動車の位置を検出するカーナビゲーションシステム等に利用され、広く普及している。カーナビゲーション装置は、このＧＰＳ信号を受信するためのＧＰＳ用アンテナと、このＧＰＳ用アンテナが受信したＧＰＳ信号を処理して車両の現在位置を検出する処理装置と、この処理装置で検出された位置を地図上に表示するための表示装置等から構成される。

ＧＰＳ用アンテナは、ＧＰＳ信号を効率良く受信するため、自動車の屋根（ルーフ）上などの車外に設置される（例えば、特許文献１参照）。

このカーナビゲーション装置は、走行する自動車の走行履歴（経路）を記憶する記憶装置を備えている。

ＬＡＮ（local area network）とは、複数の独立した装置を相互に接続するネットワークであり、一つのビル内や構内など利用者みずからが管轄する限られた地域に閉じて存在する。換言すれば、ＬＡＮとは、公衆通信回線によらないで、目的に応じて、独自に伝送路を布設し、計算機、端末などの各種機器を相互接続するネットワークのうち、伝送路長がおよそ数十メートルから数十キロメートル程度の小中規模のものをいう。このようなＬＡＮのうち、無線ＬＡＮは同軸ケーブルやツインストペアケーブルなどのＬＡＮケーブルを無線化したシステムで、ＬＡＮ配線のない場所からでもＬＡＮへのアクセスが可能である。無線ＬＡＮを構築するためには、無線ＬＡＮ用アンテナが必要である。

このような無線ＬＡＮ用アンテナを車両に搭載することにより、上記カーナビゲーション装置の記憶装置に記憶されている走行履歴（経路）を示すデータをパーソナルコンピュータへ伝送することが可能となる。たとえば、カーナビゲーション装置を搭載しているタクシー等にこの無線ＬＡＮ用アンテナを取り付けることにより、タクシーが実際に走行した経路を管理することが可能となる。

一般に、ＧＰＳ用アンテナと無線ＬＡＮ用アンテナとが車両にそれぞれ別個に搭載されている。車両搭載効率を考えると、これら２つのアンテナを統合することが望ましい。

一方、ＧＰＳ用アンテナと通信用アンテナとを一体化した複合アンテナが知られている（例えば、特許文献２参照）。この特許文献２では、絶縁材を用いて成型したアンテナケースにＧＰＳ用板型アンテナと、棒状のホイップアンテナを挿入する金属製台座を設け、雨水の浸入を防止する構造としている。

また、従来から種々の複合アンテナ装置も知られている。例えば、円偏波アンテナと垂直偏波アンテナとを組み合わせてなる小型薄型化に好適で信頼性の高い複合アンテナが知られている（例えば、特許文献３参照）。この特許文献２に開示された複合アンテナは、自動車等の移動体に装備されて衛星波（円偏波）と地上波（垂直偏波）とが受信可能な複合アンテナである。この特許文献３に開示された複合アンテナは、衛星波用の円偏波アンテナであるパッチアンテナの中央部に設けた貫通孔を利用して地上波用の垂直偏波アンテナであるヘリカルアンテナを立設している。

静止衛星と移動体間の通信に用いられる円偏波アンテナと地上波用のモノポールアンテナとを組み合わせてなる複合アンテナが知られている（例えば、特許文献４参照）。この特許文献４に開示された複合アンテナは、所定角度傾斜させた放射導体が四角柱状の誘電体の各側面に設けられている円偏波アンテナと、起立部よりも先端側が傾斜部となっているモノポールアンテナとを、プリント基板上に併設している。

宅内に構築された無線ＬＡＮシステムに適した複合アンテナ装置も知られている（例えば、特許文献５参照）。この特許文献５に開示された複合アンテナ装置は、第１および第２のアンテナと、これらアンテナ間を接続するケーブルとを備え、上記第１のアンテナと上記第２のアンテナとがドアを挟んでその両側に位置するように、装置全体をドアに取り付けている。上記第１のアンテナで受信した信号を上記第２のアンテナから送信し、および／または上記第２のアンテナで受信した信号を上記第１のアンテナから送信している。

特開２００５−１０９８７号公報 実開平５−７６１０６号公報 特開２００４−４８３６９号公報 特開２００３−１１０３５５号公報 特開２００３−２６４４１０号公報

特許文献２に開示された複合アンテナにおいては、棒状のホイップアンテナの長さが送受信に用いる電波の波長の４分の１波長に近い値であるので、装置全体としての背が高くなってしまうという問題がある。一方、特許文献３および特許文献４に開示された複合アンテナは、円偏波である衛星波と直線偏波である地上波とを受信するためのアンテナであって、ＧＰＳ用アンテナと無線ＬＡＮ用アンテナのように、用途の異なる複数種類のアンテナを搭載したものとは全く異なる。また、特許文献５に開示された複合アンテナ装置は、無線ＬＡＮシステムに使用されるものであって、ＧＰＳ用アンテナと無線ＬＡＮ用アンテナのように、用途の異なる複数種類のアンテナを備えたものとは全く異なる。

したがって、本発明の課題は、用途の異なる複数種類のアンテナを回路基板上に搭載可能な低背の複合アンテナ装置を提供することにある。

本発明によれば、所定領域（３２）を除き接地された主面（１１ａ）を持つ基板（１１）と、前記所定領域に形成された給電電極（６０）と、前記基板の主面（１１ａ）上に搭載された平面アンテナ素子（２１）と、該平面アンテナ素子と接続されて前記基板の裏面（１１ｂ）上に搭載された電子回路と、前記主面（１１ａ）上に前記平面アンテナ素子（２１）から離間した前記給電電極（６０）から立設し、コイル状に巻かれたコイル部（３１）を有するポールアンテナ素子（３０）と、を有し、前記給電電極（６０）はインピーダンス調整用であって、その周囲が非接地領域で囲まれていることを特徴とする複合アンテナ装置（１０）が得られる。

上記本発明に係る複合アンテナ装置において、前記平面アンテナ素子（２１）はパッチアンテナで構成されて良い。前記平面アンテナ素子（２１）はＧＰＳ用アンテナであって良く、前記ポールアンテナ素子（３０）は無線ＬＡＮ用アンテナであって良い。

また、上記本発明に係る複合アンテナ装置において、前記平面アンテナ素子（２１）は、前記主面上を基準として、高さ方向に所定距離離間した位置に受信部が設定されるものであってよく、前記ポールアンテナ素子（３０）は、前記平面アンテナ素子の受信部よりも高さ方向に離間した位置にて信号受信するものであってよい。

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、ポールアンテナ素子がコイル状に巻かれたコイル部を有するので、複合アンテナ装置を低背化することができる。

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および図２を参照して、本発明の一実施の形態に係る複合アンテナ装置３０について説明する。図１は複合アンテナ装置１０の斜視図であり、図２は複合アンテナ装置１０の平面図であり、後述するアンテナケースを省いて示している。

図示の複合アンテナ装置１０は、互いに対向する主面１１ａと裏面（後述する）とを持つ回路基板１１を有する。図１および図２に示されるように、回路基板１１は、角部が面取りされた実質的に矩形形状をしている。従って、実際には、回路基板１１は、実質的に八角形の形状をしている。

回路基板１１の主面１１ａ上の一方の端１１１側に、平面アンテナ素子２１が搭載されている。回路基板１１の裏面上には、ＬＮＡ（低雑音増幅）回路（図示せず）が搭載されている。このＬＮＡ回路は、平面アンテナ素子２１と接続される。図１および図２に示されるように、平面アンテナ素子２１はパッチアンテナで構成されている。平面アンテナ素子２１はＧＰＳ用アンテナである。

ＬＮＡ回路から出力される信号は、回路基板１１の他方の端１１２から引き出される第１の同軸ケーブル４１を介して、カーナビゲーション装置の処理装置（図示せず）へ伝達される。

回路基板１１の主面１１ａ上の平面アンテナ素子２１から離間した位置で、ポールアンテナ素子３０が立設している。すなわち、回路基板１１の主面１１ａ上の他方の端１１２側に、ポールアンテナ素子３０が設けられている。このポールアンテナ素子３０は、コイル状に巻かれたコイル部３１を有する。ポールアンテナ素子３０は無線ＬＡＮ用アンテナである。ポールアンテナ素子３０の下端部に設置台（所定領域）３２が設けられている。この設置台３２内に略長方形状のインピーダンス調整用の給電電極６０が形成されており、この給電台３２にポールアンテナ素子３０を半田付けすることによりポールアンテナ素子３０に給電されると共に主面１１ａ上に固定される。

このように、無線ＬＡＮ用アンテナとしてポールアンテナ素子３０を使用したのは、無線ＬＡＮ用アンテナとして求められるアンテナ指向性が水平方向の垂直偏波であることと、極力ＧＰＳ用アンテナ（平面アンテナ素子）２１の影にならない様にするためである。

ポールアンテナ素子３０は、第１の同軸ケーブル４１と併設された第２の同軸ケーブル４２を介して、上記処理装置と接続されている。

次に、図示の例の複合アンテナ装置１０の寸法について説明する。回路基板１１の長手方向の寸法Ｗは５０ｍｍであり、短手方向の寸法Ｄは４３ｍｍである。平面アンテナ素子２１は、縦寸法Ｗ１及び横寸法Ｄ１がそれぞれ２０ｍｍ、２０ｍｍで、高さ寸法Ｈ１が４ｍｍである。又、図示のポールアンテナ素子３０は、その高さ寸法Ｈ２が１８ｍｍで、コイル部３１の高さ寸法Ｈ３が７ｍｍである。平面アンテナ素子２１の中心とポールアンテナ素子３０の中心との間の距離Ｗ２は２２．５ｍｍである。ポールアンテナ素子３０の中心とこのポールアンテナ素子３０に近接する側の平面アンテナ素子２１との間の距離Ｗ３は１２．５ｍｍである。ポールアンテナ素子３０を設置する設置台３２の縦寸法Ｗ４及び横寸法Ｄ２は、それぞれ、９ｍｍ、９ｍｍである。

図３を参照して、複合アンテナ装置１０について更に詳細に説明する。複合アンテナ装置１０は、後述するアンテナケースと、後述するアンテナモジュールと、パッキン部材１５と、第１及び第２の同軸ケーブル４１、４２とを備える。アンテナケースはドーム状のトップカバー１２とボトムプレート１３とが接合されて構成される。アンテナモジュールはトップカバー１２内に収納される。パッキン部材１５は、トップカバー１２とボトムプレート１３との接合部に配設されてアンテナケースの密着性を確保するためのものである。第１及び第２の同軸ケーブル４１、４２はアンテナモジュールに接続される。

アンテナモジュールは、平面アンテナ素子２１と、ポールアンテナ素子３０と、回路基板１１とを有する。平面アンテナ素子２１は、ＧＰＳ衛星から送出されたＧＰＳ信号を受信するパッチアンテナで構成されている。回路基板１１の裏面１１ｂには、この平面アンテナ素子２１によって受信したＧＰＳ信号に対して信号増幅を施すＬＮＡ回路（図示せず）が形成されている。平面アンテナ素子２１と回路基板１１の主面１１ａとは、両面テープ１６などによって接合されている。

回路基板１１の裏面１１ｂには、ＧＰＳ信号をアンテナケースの外部に取り出すための第１および第２の同軸ケーブル４１、４２が接続される。また、回路基板１１の裏面１１ｂには、上記ＬＮＡ回路をシールドするためのシールドケース１７が取り付けられている。第１および第２の同軸ケーブル４１、４２は、トップカバー１２に形成された切欠部１２ａを介して外部に引き出される。この切欠部１２ａに対応する位置にガスケット１８が取り付けられている。

複合アンテナ装置１０は、トップカバー１２の内部空間にアンテナモジュール及びパッキン部材１５が収納された状態で、このトップカバー１２とボトムプレート１３とが４本の螺子５０によって螺子止めされることにより接合一体化される。

ボトムプレート１３には、凹部１３ａが形成されている。これらの凹部１３ａに一対の永久磁石６１、６２が配設される。これら永久磁石６１、６２は、自動車のルーフに複合アンテナ装置１０を吸着固定させるために配設されるものである。

このように複合アンテナ装置１０は自動車のルーフ上に設置されるので、ルーフを複合アンテナ装置１０のグランドとして使用することが出来る。その結果、複合アンテナ装置１０としての動作性能を充分確保することが出来る。

図４乃至図６に、複合アンテナ装置１０に使用されるポールアンテナ素子（無線ＬＡＮ用アンテナ）３０のアンテナ放射パターンを示す。測定周波数は２．４４１７５ＧＨｚで、グランド板のサイズは直径１ｍである。

図４は無線ＬＡＮ用アンテナ３０のＸ−Ｙ平面放射パターンを示し、図５は無線ＬＡＮ用アンテナ３０のＸ−Ｚ平面放射パターンを示し、図６は無線ＬＡＮ用アンテナ３０のＹ−Ｚ平面放射パターンを示す。図４より、水平面内におけるほとんどの角度範囲において、利得がほぼ０〜−５ｄＢの範囲にあることが分かる。

上述したように、ポールアンテナ素子３０はコイル状に巻かれたコイル部３１を有するので、ポールアンテナ素子３０の高さを低くすることが出来、その為、複合アンテナ装置１０の低背化が可能となる。

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。

本発明の一実施の形態に係る複合アンテナ装置を示す斜視図である。 図１に示した複合アンテナ装置の平面図である。 図１に示した複合アンテナ装置の概略分解図である。 図１に示した複合アンテナ装置に使用されるポールアンテナ素子のＸ−Ｙ平面放射パターンを示す図である。 図１に示した複合アンテナ装置に使用されるポールアンテナ素子のＸ−Ｚ平面放射パターンを示す図である。 図１に示した複合アンテナ装置に使用されるポールアンテナ素子のＹ−Ｚ平面放射パターンを示す図である。

符号の説明

１０ 複合アンテナ装置
１１ 回路基板
１１ａ 主面
１１ｂ 裏面
２１ 平面アンテナ素子（ＧＰＳ用アンテナ）
３０ ポールアンテナ素子（無線ＬＡＮ用アンテナ）
３１ コイル部
３２ 設置台（所定領域）
４１ 第１の同軸ケーブル
４２ 第２の同軸ケーブル
６０ 給電電極

Claims (4)

1. 所定領域を除き接地された主面を持つ基板と、
   前記所定領域に形成された給電電極と、
   前記基板の主面上に搭載された平面アンテナ素子と、
   該平面アンテナ素子と接続されて前記基板の裏面上に搭載された電子回路と、
   前記主面上に前記平面アンテナ素子から離間した前記給電電極から立設し、コイル状に巻かれたコイル部を有するポールアンテナ素子と、を有し、
   前記給電電極はインピーダンス調整用であって、その周囲が非接地領域で囲まれていることを特徴とする複合アンテナ装置。
2. 前記平面アンテナ素子はパッチアンテナで構成されている、請求項１に記載の複合アンテナ装置。
3. 前記平面アンテナ素子がＧＰＳ用アンテナであり、前記ポールアンテナ素子が無線ＬＡＮ用アンテナである、請求項１又は２に記載の複合アンテナ装置。
4. 前記平面アンテナ素子は、前記主面上を基準として、高さ方向に所定距離離間した位置に受信部が設定され、前記ポールアンテナ素子は、前記平面アンテナ素子の受信部よりも高さ方向に離間した位置にて信号受信することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１つに記載の複合アンテナ装置。

Images