JP4910868B2

JP4910868B2 - アンテナ装置

Info

Publication number: JP4910868B2
Application number: JP2007122433A
Authority: JP
Inventors: 暢康竹村; 昌孝大塚
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-05-07
Filing date: 2007-05-07
Publication date: 2012-04-04
Anticipated expiration: 2027-05-07
Also published as: JP2008278414A

Description

この発明は、スマートキーレスシステムの車載機など、主に無線機に用いられるアンテナ装置に関するものである。

図５は従来のアンテナ装置の概略構成図及び接続状態を説明する構成図である。図において、１２はグランド導体、１３はループアンテナ、１４は裏面にグランド導体１２が設けられた誘電体基板、１５は受信装置、１６は第１の整合回路、１７は第２の整合回路である。図５における従来のアンテナ装置の構成では、グラウンド導体１２から高さｈの位置にループアンテナ１３が設けられている。

次に動作について説明する。
グランド導体１２から高さｈの位置に配置されたループアンテナ１３は、使用周波数帯域で動作するようにループアンテナ１３の給電部側の端部に接続された第１の整合回路１６及びループアンテナ１３の他方の端部に接続された第２の整合回路１７により、アンテナのインピーダンスを調整する。インピーダンスの調整されたループアンテナ１３の給電部に受信装置１５が接続され、受信装置１５により信号が受信される（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−８３２６

上記のような従来のループアンテナ１３の給電部におけるインピーダンス特性及び反射特性の一例を図６に示す。図において、１８はインピーダンス特性、１９はＶＳＷＲ＝２の円である。ループアンテナ１３の給電部におけるインピーダンス特性１８はＶＳＷＲ≦２の特性となる周波数範囲ｆ１〜ｆ２の周波数帯域幅が狭く、性能が十分ではない。
以上のように、このアンテナの放射特性は一つのループアンテナ１３の特性により決まるため、アンテナ放射利得の低い方向からの電波に対しては受信感度が劣化するという問題があった。
また、車両内部に搭載する場合には、十分なアンテナ長を確保することが難しい構造であり、アンテナ長が制限されるために、使用周波数帯域の広帯域化が困難であるという問題があった。

この発明は上記のような問題点を解決することを課題とする。
具体的には、従来のアンテナ容積をほとんど増加させずにアンテナ容積の許容範囲内で小型に形成でき、受信感度の劣化が低減されてほぼ無指向性の所要の受信感度を保持するアンテナ装置を実現することを課題とする。
また、従来のアンテナ容積をほとんど増加させずにアンテナ容積の許容範囲内で小型に形成でき、受信感度の劣化が低減されてほぼ無指向性の所要の受信感度が保持されると共に、使用周波数帯域が広帯域化されたアンテナ装置を実現することを課題とする。

この発明に係わるアンテナ装置は、第１の整合回路と第３の整合回路のそれぞれの出力端に接続された切替手段と、前記切替手段に接続された受信装置とを備え、前記切替手段と前記受信装置により前記第１の整合回路と前記第３の整合回路からの出力信号を選択して受信するので、第１のループアンテナと第２のループアンテナの切り替えにより指向性ダイバーシチとして動作できる。
即ち、この発明に係わるアンテナ装置は、地板を構成するグランド導体と、両端部にそれぞれ接続された第１の整合回路と第２の整合回路を介して前記グランド導体に接続された使用する周波数帯の波長に比べて小さい第１のループアンテナと、前記第１のループアンテナにほぼ同軸で対向させて前記グランド導体から隔てて設けられ、前記第１の整合回路と同じ側の端部に接続された第３の整合回路と他方の端部に接続された第４の整合回路を介して前記グランド導体に接続された使用する周波数帯の波長に比べて小さな第２のループアンテナと、前記第１の整合回路と前記第３の整合回路のそれぞれの出力端に接続された切替手段と、前記切替手段に接続された受信装置と、を備え、前記第１のループアンテナと前記第２のループアンテナが互いに電磁結合することで２共振特性を有し、前記切替手段と前記受信装置により前記第１の整合回路と前記第３の整合回路からの出力信号を選択して受信することを特徴とするものである。

この発明に係わるアンテナ装置では、切替手段と受信装置により第１のループアンテナと第２のループアンテナからの出力信号を選択して受信する指向性ダイバーシチを可能にしたため、従来のアンテナ容積をほとんど増加させずにアンテナ容積の許容範囲内で小型に形成でき、受信感度の劣化が低減されてほぼ無指向性の所要の受信感度を保持するアンテナ装置を実現できる。さらに第１のループアンテナ１と第２のループアンテナ２が電磁結合することにより２共振特性が得られ、使用する周波数帯域において広帯域化を図ることが可能である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係わるアンテナ装置を示す構成説明図である。図において、１は地板を形成するグランド導体１２の周囲に配置された第１のループアンテナ、２はグランド導体１２から所定の高さの位置に第１のループアンテナ１にほぼ同軸で対向させて配置した第２のループアンテナ、３は裏面にグランド導体１２が形成された誘電体基板である。なお、図１では、グランド導体１２を誘電体基板３の一面に設けた場合を例示し、第１のループアンテナ１および第２のループアンテナ２の形状として２通りの形状を例示するが、他の構成は共通であるため、接続構成としては一方のループアンテナの形状に対応する構成を示している。４は第１のループアンテナ１の一端に接続された第１の整合回路、５は第１のループアンテナの他端に接続された第２の整合回路、６は第２のループアンテナ２の一端に接続された第３の整合回路、７は第２のループアンテナ２の他端に接続された第４の整合回路であり、第１のループアンテナ１及び第２のループアンテナ２はそれぞれの端部に接続された第１の整合回路４、第２の整合回路５、第３の整合回路６、第４の整合回路７を介して接地されている。８は第１のループアンテナ１に接続された第１の整合回路４と第２のループアンテナ２に接続された第３の整合回路６に接続された切替手段、９は切替手段８に接続された受信装置である。また、２０は第１のループアンテナ１の給電部、２１は第２のループアンテナ２の給電部である。
なお、第２のループアンテナ２の高さは、高くすると放射効率が上がり、低くすると放射効率が下がるので、ループアンテナの配置スペースなどを考慮して設定する。

図１に示すアンテナ装置では、第１の整合回路４から第４の整合回路７、切替手段８、受信装置９を同一の誘電体基板３のグランド導体１２と第１のループアンテナ１の間に設ける構成となっているが、誘電体基板３の外付けにしても同様の機能は得られる。
また、第１のループアンテナ１および第２のループアンテナ２は、それぞれ両端部に整合回路を接続することにより、使用する周波数帯の波長に比べて小さくなっている。

次に動作について説明する。
グランド導体１２の周囲に配置された第１のループアンテナ１は、使用周波数帯域で動作するように第１のループアンテナ１の給電部２０に接続された第１の整合回路４及び第１のループアンテナ１の他方の端部に接続された第２の整合回路５により、第１のループアンテナ１の給電部２０におけるアンテナのインピーダンスを調整する。
また、第２のループアンテナ２は、使用周波数帯域で動作するように第２のループアンテナ２の給電部２１に接続された第３の整合回路６及び第２のループアンテナ２の他方の端部に接続された第４の整合回路７により、第２のループアンテナ２の給電部２１におけるアンテナのインピーダンスを調整する。
したがって、第１のループアンテナ１と第２のループアンテナ２それぞれの共振周波数を概ね同一にでき、また、第２のループアンテナ２は第１のループアンテナ１に対向させて配置されているため、第１のループアンテナ１と第２のループアンテナ２は電磁結合して２共振特性が得られる。

以上のように、使用周波数で動作するようにインピーダンスの調整された第１のループアンテナ１と第２のループアンテナ２を切替手段８により切り替え、第１のループアンテナ１と第２のループアンテナ２により順次受信を行い、受信装置９に出力する。受信装置９では受信した信号レベルの高いほうを選択するように切替手段８を制御して第１のループアンテナ１と第２のループアンテナ２を切り替え、指向性ダイバーシチとして動作する。
なお、上記ではグランド導体１２を誘電体基板３の一面に形成した場合を示したが、グランド導体板のみで形成しても良い。また、切替手段８と受信装置９を別個に構成した場合を例示したが、１つにまとめて構成しても良い。

ここで、実施の形態１に係わるアンテナ装置で効果を奏する理由について説明する。
図２は第１のループアンテナ１の給電部２０と第２のループアンテナ２の給電部２１におけるインピーダンス特性及び反射特性の一例を示した特性説明図である。図において、１０はインピーダンス特性、１１はＶＳＷＲ＝２の円である。第１のループアンテナ１の給電部２０と第２のループアンテナ２の給電部２１におけるインピーダンス特性は、ＶＳＷＲ≦２の特性となる周波数範囲ｆ１〜ｆ２の周波数帯域が広く、広帯域な特性を有していることがわかる。

また、図３はそれぞれ第１のループアンテナ１と第２のループアンテナ２の水平面内および垂直面内の放射特性の一例を示したものである。第１のループアンテナ１と第２のループアンテナ２それぞれの水平面内と垂直面内の直交２方向の放射特性はそれぞれ概ね回転対称な放射パターンを有しており、第１のループアンテナ１と第２のループアンテナ２でそれぞれの放射パターンを互いに補償できる放射特性となっていることがわかる。

以上のことから、実施の形態１のアンテナ装置では、第１の整合回路４及び第２の整合回路５によりインピーダンスが調整された第１のループアンテナ１と、第３の整合回路６及び第４の整合回路７によりインピーダンスが調整された第２のループアンテナ２それぞれの共振周波数を概ね同一にでき、且つ、第１のループアンテナ１と第２のループアンテナ２が電磁結合することにより２共振特性が得られ、使用する周波数帯域において広帯域化を図ることが可能である。
さらに、第１のループアンテナ１と第２のループアンテナ２を切替手段８により切り替えることで、アンテナの放射特性を変化させることができ、第１のループアンテナ１と第２のループアンテナ２の切り替えにより指向性ダイバーシチとして動作するため、ほぼ無指向性の高い受信感度を得ることができる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係わるアンテナ装置について、実施の形態１で図１に例示したアンテナ装置に基づいて説明する。実施の形態２に係わるアンテナ装置は、第１のループアンテナ１と第２のループアンテナ２を、それぞれのアンテナ軸の方向をずらせ、角度ずれにより互いのループが重ならないような配置として構成した点が実施の形態１と異なるものである。

以上のように、第１のループアンテナ１と第２のループアンテナ２の軸の方向をずらせて配置した場合でも、第１の整合回路４及び第２の整合回路５によりインピーダンスが調整された第１のループアンテナ１と、第３の整合回路６及び第４の整合回路７によりインピーダンスが調整された第２のループアンテナ２のそれぞれの共振周波数を概ね同一にでき、且つ、電磁結合させられるため、使用する周波数帯域において広帯域化を図ることが可能である。
また、第１のループアンテナ１と第２のループアンテナ２を切替手段８により切り替えることで、アンテナの放射特性を変化させることができ、第１のループアンテナ１と第２のループアンテナ２の切り替えにより指向性ダイバーシチとして動作するため、ほぼ無指向性の高い受信感度を得ることができる。
さらに、それぞれのアンテナ軸の方向をずらすことにより、第１のループアンテナ１と第２のループアンテナ２の放射特性の設定の自由度が増し、適切な指向性ダイバーシチとして動作するため、ほぼ無指向性の高い受信感度を得ることができる。

実施の形態３．
図４は、この発明の実施の形態３に係わるアンテナ装置を示す構成説明図である。この実施の形態３に係わるアンテナ装置は、実施の形態１及び実施の形態２で説明した構成において、第１のループアンテナ１を誘電体基板３の表面に形成したグランド導体１２の周囲の誘電体基板３の表面に形成したものである。なお、その他の構成は実施の形態１と実施の形態２での構成説明と同様である。

また、動作についても、それぞれ実施の形態１と実施の形態２での動作説明と同様であり、それぞれ実施の形態１と実施の形態２の効果と同様の効果を奏する。

さらに、第１のループアンテナ１を誘電体基板３の表面に形成しているため、誘電体基板３と一体で製作することができ、アンテナ導体の部品点数を増やすことなく、指向性ダイバーシチの動作を実現でき、ほぼ無指向性の高い受信感度を得ることができる。

以上のことから、この発明に係わるアンテナ装置によれば、従来のアンテナ容積をほとんど増加させずにアンテナ容積の許容範囲内で小型に形成でき、受信感度の劣化が低減されてほぼ無指向性の所要の受信感度を保持するアンテナ装置を実現できる。
また、従来のアンテナ容積をほとんど増加させずにアンテナ容積の許容範囲内で小型に形成でき、受信感度の劣化が低減されてほぼ無指向性の所要の受信感度が保持されると共に、使用周波数帯域が広帯域化されたアンテナ装置を実現できる。

この発明の実施の形態１に係わるアンテナ装置を示す構成説明図である。第１のループアンテナ１と第２のループアンテナ２の給電部におけるインピーダンス特性及び反射特性を示す特性説明図である。第１のループアンテナ１と第２のループアンテナ２の放射特性を示した特性説明図である。この発明の実施の形態３に係わるアンテナ装置を示す構成説明図である。従来のアンテナ装置の概略構成図及び接続状態を説明する構成図である。ループアンテナ１３の給電部におけるインピーダンス特性及び反射特性を示したものである。

符号の説明

１第１のループアンテナ、２第２のループアンテナ、３誘電体基板、４第１の整合回路、５第２の整合回路、６第３の整合回路、７第４の整合回路、８切替手段、９受信装置、１０インピーダンス特性、１１ＶＳＷＲ＝２の円、１２グランド導体、１３ループアンテナ、１４誘電体基板、１５受信装置、１６第１の整合回路、１７第２の整合回路、１８インピーダンス特性、１９ＶＳＷＲ＝２の円、２０、２１給電部。

Claims

地板を構成するグランド導体と、両端部にそれぞれ接続された第１の整合回路と第２の整合回路を介して前記グランド導体に接続された使用する周波数帯の波長に比べて小さい第１のループアンテナと、前記第１のループアンテナにほぼ同軸で対向させて前記グランド導体から隔てて設けられ、前記第１の整合回路と同じ側の端部に接続された第３の整合回路と他方の端部に接続された第４の整合回路を介して前記グランド導体に接続された使用する周波数帯の波長に比べて小さな第２のループアンテナと、前記第１の整合回路と前記第３の整合回路のそれぞれの出力端に接続された切替手段と、前記切替手段に接続された受信装置と、を備え、前記第１のループアンテナと前記第２のループアンテナが互いに電磁結合することで２共振特性を有し、前記切替手段と前記受信装置により前記第１の整合回路と前記第３の整合回路からの出力信号を選択して受信することを特徴とするアンテナ装置。
誘電体基板の一方の面に前記地板を構成するグランド導体を形成すると共に前記第１のループアンテナを前記グランド導体の周囲の前記誘電体基板の一方の面に形成し、前記第２のループアンテナを前記第１のループアンテナにほぼ同軸で対向させて前記グランド導体から隔てて設けたことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
前記第１のループアンテナの軸方向と前記第２のループアンテナの軸方向とを互いに異なる方向として配置したことを特徴とする請求項１又は２記載のアンテナ装置。