JP5104700B2

JP5104700B2 - 複合アンテナ装置

Info

Publication number: JP5104700B2
Application number: JP2008253667A
Authority: JP
Inventors: 直樹磯; 晴之渡辺; 智之小川; 守彦池ケ谷
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2008-09-30
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2028-09-30
Also published as: JP2010087774A

Description

本発明は、複合アンテナ装置に関し、特に、複数の無線周波数帯域の電波を送受信可能な複合アンテナ装置に関する。

複数の無線周波数帯域の電波を送受信可能な複合装置として、特許文献１、２に記載されるアンテナが知られている。

特開２００４−１５０９６号公報特開２００４−１８７１４８号公報

特許文献１では、図１３に示すようにＬＮＡ(Low. Noise Amplifier)入力回路とアンテナとの間に周波数トラップ回路を設け、不要な無線周波数帯域の信号を遮断することで、複数の無線周波数帯域に対応した受信ユニット間の相互干渉を低減する複合アンテナ装置について記載されている。

特許文献２では、図１４に示すようにアンテナ基板上に並列配置したＧＰＳ（Global Positioning System）用アンテナ素子とＥＴＣ(Electronic Toll Collection System)アンテナ素子から構成される複合アンテナ装置において、ＥＴＣ用アンテナの素子パターンが形成される誘電体板の側面を接地板で包囲することで、アンテナ素子間の相互干渉を低減することが記載されている。

特許文献１では、アンテナ１００で受信した後の電気信号に対して、トラップ回路１０１を設けることで干渉低減を実現しているが、干渉の根本的な原因であるアンテナ間の干渉低減に関しては具体的対策が示されていない。

特許文献２は、アンテナ素子がパッチアンテナ１０２の場合には有効な干渉低減方法であるものの、スロットアンテナ等の異なる種類のアンテナ素子に対しては、十分な干渉低減効果が得られない場合がある。

そこで、本発明は、上記の課題を解決し、互いに近接する無線周波数で動作する二つのアンテナを互いに干渉が小さくなるよう一体化した複合アンテナ装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、第一の発明は、２つの無線周波数帯域の電波に対応する第１のアンテナと、上記２つの無線周波数帯域とは異なる無線周波数帯域の電波に対応する第２のアンテナとを有し、上記第１および第２のアンテナが隣接して配置される複合アンテナ装置であって、上記第１のアンテナは、上記２つの無線周波数帯域に対応した２つのスロットアンテナまたはスリットアンテナから構成され、上記第２のアンテナが対応する無線周波数帯域に近接しない方の無線周波数帯域で動作する上記スロットアンテナまたはスリットアンテナのアンテナパターンは、上記第２のアンテナに隣接して配置され、上記第２のアンテナが対応する無線周波数帯域に近接する方の無線周波数帯域で動作する上記スロットアンテナまたはスリットアンテナのアンテナパターンは、上記第２のアンテナが対応する無線周波数帯域に近接しない方の無線周波数帯域で動作する上記スロットアンテナまたはスリットアンテナのアンテナパターンよりも、上記第２のアンテナから離間して配置され、上記第１および第２のアンテナは、グランドを共有せず、各々が独立したグランドを有することを特徴とする複合アンテナ装置である。

第二の発明は、請求項１記載の複合アンテナ装置であって、
上記２つのスロットアンテナまたはスリットアンテナのアンテナパターンは、上記第１のアンテナの左右両側に配置されていることを特徴とする複合アンテナ装置である。

第三の発明は、請求項２記載の複合アンテナ装置であって、上記第１のアンテナと上記第２のアンテナとの距離が、上記第２のアンテナが対応する無線周波数の１／２０波長以上１／２波長以下であることを特徴とする複合アンテナ装置である。

第四の発明は、請求項３記載の複合アンテナ装置であって、上記第１のアンテナは、２つのスリットアンテナから構成され、上記第２のアンテナが対応する無線周波数帯域に近接する方の無線周波数帯域で動作する上記スリットアンテナは、そのスリットパターンの開口が上記第２のアンテナと対向するように配置されていることを特徴とする複合アンテナ装置である。

第五の発明は、請求項３記載の複合アンテナ装置であって、上記第１のアンテナがＡＭＰＳ［８２４ＭＨｚ〜８９４ＭＨｚ］とＰＣＳ［１８５０ＭＨｚ〜１９９０ＭＨｚ］に対応し、上記第２のアンテナがＧＰＳ１５７５．４２ＭＨｚに対応し、上記第２のアンテナが上記第１のアンテナのＡＭＰＳに対応するアンテナパターンに隣接することを特徴とする複合アンテナ装置である。

第六の発明は、請求項３記載の複合アンテナ装置であって、上記第２のアンテナにＬＮＡ（低雑音増幅器）が接続され、上記ＬＮＡ（低雑音増幅器）を上記第１のアンテナのグランド上に設置しないことを特徴とする複合アンテナ装置である。

第七の発明は、請求項３記載の複合アンテナ装置であって、上記第１のアンテナに第１の給電ケーブルが接続され、上記第２のアンテナに第２の給電ケーブルが接続される複合アンテナ装置であって、上記第１の給電ケーブルと上記第２の給電ケーブルが互いに交差しないよう設置されることを特徴とする複合アンテナ装置である。

第八の発明は、請求項３記載の複合アンテナ装置であって、上記第１のアンテナに第１の給電ケーブルが接続され、上記第２のアンテナに第２の給電ケーブルが接続される複合アンテナ装置であって、上記第１の給電ケーブルと上記第２の給電ケーブルに不要輻射を防止するフェライトが付加されることを特徴とする複合アンテナ装置である。

本発明によれば、互いに近接する無線周波数で動作する複数のアンテナを一体化した複合アンテナ装置において、アンテナ間の干渉を小さくすることができるという優れた効果を発揮するものである。

以下、本発明の第一の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。
図１は、セルラ用アンテナ１とＧＰＳ用アンテナ２が収納ケース３に搭載された複合アンテナ装置である。セルラ用アンテナ１は２つの無線周波数帯域（ＡＭＰＳ［８２４ＭＨｚ〜８９４ＭＨｚ］とＰＣＳ［１８５０ＭＨｚ〜１９９０ＭＨｚ］）で動作するスリット型アンテナで構成される。また、ＧＰＳ用アンテナ２は１５７５．４２ＭＨｚで動作する。

図１で示されるように、共通の収納ケース３に隣接した状態で配置される場合において、セルラ用アンテナ１とＧＰＳ用アンテナ２は各々独立したグランドを有している。
このように、各々のアンテナが独立したグランドを有することで、グランドを経由した不要電流の発生を防ぐことができ、アンテナ間の相互干渉を低減することができる。

本発明の第二の実施例を、図２〜図４を用いて説明する。
図２に示されるように、２つの無線周波数帯域（ＡＭＰＳ［８２４ＭＨｚ〜８９４ＭＨｚ］とＰＣＳ［１８５０ＭＨｚ〜１９９０ＭＨｚ］）で動作するスリット型アンテナで構成されるセルラ用アンテナ５と上記無線周波数帯域に含まれない１５７５．４２ＭＨｚで動作するＧＰＳ用アンテナ６が、各々独立したグランドを有し隣接して配置されている。

ここで、セルラ用アンテナ５およびＧＰＳ用アンテナ６は、図３に示すようなリターンロス特性を有する。上記セルラ用アンテナ５は、右側の大きなスリットパターンがＡＭＰＳの周波数帯域で動作し、左側の小さなスリットパターンがＰＣＳの周波数帯域で動作する。上記セルラ用アンテナ５とＧＰＳ用アンテナ６を隣接して配置する場合、ＰＣＳの周波数帯域とＧＰＳの周波数帯域が近接するため、ＧＰＳ用アンテナ６をセルラ用アンテナ５の大きなスリットパターン側、すなわちＡＭＰＳで動作するアンテナパターン側に隣接して配置Ａ（図２（ａ））のように配置することが望ましい。

上記配置Ａが好ましい理由について下記する。
図４は、セルラ用アンテナ５とＧＰＳ用アンテナ６間のアイソレーション特性を示す。図２（ａ）に示す配置AはＧＰＳ用アンテナ６をＡＭＰＳで動作するスリットパターン側に隣接した場合、図２（ｂ）に示す配置ＢはＧＰＳ用アンテナ６をＰＣＳで動作するスリットパターン側に隣接した場合であるが、配置Ａの方がよりアイソレーションがとれており、干渉の小さい配置となっている。従って、図２（ａ）に示す配置Ａのように配置することが望ましい。

このように、セルラ用アンテナ５が対応する複数の無線周波数帯域（ＡＭＰＳとＰＣＳ）のうち、ＰＣＳの無線周波数帯域が、ＧＰＳ用アンテナ６が対応する無線周波数帯域に近接する場合には、ＧＰＳ用アンテナをＡＭＰＳの周波数帯域で動作するアンテナパターンに隣接して配置することで、アンテナ間の相互干渉を低減することができる。

本発明の第三の実施例を図５及び図６を用いて説明する。
本第三実施例では、２つの無線周波数帯域（ＡＭＰＳ［８２４ＭＨｚ〜８９４ＭＨｚ］とＰＣＳ［１８５０ＭＨｚ〜１９９０ＭＨｚ］）で動作するスリット型アンテナで構成されるセルラ用アンテナ７と上記無線周波数帯域に含まれない１５７５．４２ＭＨｚで動作するＧＰＳ用アンテナ８が、各々独立したグランドを有し、アンテナ間距離ｘだけ離して隣接するように配置されている。さらに、ＧＰＳ用アンテナ８はＡＭＰＳの周波数帯域で動作するアンテナパターン側に隣接して配置されている。

図６は、セルラ用アンテナ７とＧＰＳ用アンテナ８間のアイソレーション特性を示しており、アンテナ間距離ｘが１０ｍｍと２０ｍｍの時のそれぞれのアイソレーション特性である。
セルラ用アンテナ７とＧＰＳ用アンテナ８を隣接配置する際に発生する問題の一つに、セルラ送信電波がＧＰＳ用アンテナ８を経由してＧＰＳ受信回路に混入し、ＧＰＳ受信感度が低下するという問題があるが、アンテナ間距離ｘを１０ｍｍとすることで、２０ｄＢ程度のアイソレーションが確保できることが確認できる。距離１０ｍｍはＧＰＳ周波数１５７５．４２ＭＨｚの１／２０波長に相当し、アンテナ間距離ｘを、干渉を小さくしたい周波数の１／２０波長以上とすることで、実用上問題のないアイソレーションを確保することができる。

なお、距離を１０ｍｍから２０ｍｍに拡大することでアイソレーションが改善されるように、距離を拡大することでアイソレーションは改善されるが、１／２波長以上に拡大してもさほどの改善効果は得られないため、複合アンテナ装置のサイズを考慮してアンテナ間距離は、干渉を小さくしたい周波数の１／２０波長以上１／２波長以下とすることが望ましい。
このように、アンテナ間距離を、干渉を小さくしたい周波数の１／２０波長以上１／２波長以下とすることで、実用上問題のないアイソレーションを確保することができる。

本発明の第四の実施例を、図７及び図８を用いて説明する。
図７は、セルラ用アンテナ９とＧＰＳ用アンテナ１０が収納ケース１１に搭載された複合アンテナ装置である。セルラ用アンテナ９は２つの無線周波数帯域（ＡＭＰＳ［８２４ＭＨｚ〜８９４ＭＨｚ］とＰＣＳ［１８５０ＭＨｚ〜１９９０ＭＨｚ］）で動作するスリット型アンテナで構成される。
また、ＧＰＳ用アンテナ１０は１５７５．４２ＭＨｚで動作する。セルラ用アンテナ９とＧＰＳ用アンテナ１０は各々独立したグランドを有しており、ＧＰＳ用アンテナ１０はセルラ用アンテナ９のＡＭＰＳの周波数帯域で動作するアンテナパターンに隣接している。また、ＧＰＳ用アンテナ１０にはＬＮＡ（低雑音増幅器）１２が接続されている。

図８はセルラ用アンテナ９とＧＰＳ用アンテナ１０間のアイソレーション特性を示す。図８に示されるように、ＬＮＡ１２をセルラ用アンテナ９のグランドから離して配置することで、アイソレーションが改善する。
このように、ＧＰＳ用アンテナ１０に接続されたＬＮＡ１２をセルラ用アンテナ９のグランドから離して配置することで、アンテナ間の干渉を低減することができる。

本発明の第五の実施例について図９を用いて説明する。
図２（ａ）に示す配置Ａに示されるようにセルラ用アンテナ１４とＧＰＳ用アンテナ１５が隣接して配置されており、ＧＰＳ用アンテナ１５には給電ケーブル１６が接続されている。給電ケーブル１６が接続されたＧＰＳ用アンテナ１５を配置する際、給電ケーブル１６をセルラ用アンテナ１４から離して配置することで、すなわち図中Ａのように配置せず図中Ｂのように配置することで、アンテナ間の干渉を低減することができる。

本発明の第六の実施例について図１０を用いて説明する。
図２（ａ）に示す配置Ａに示されるようにセルラ用アンテナ１７とＧＰＳ用アンテナ１８が隣接して配置されており、ＧＰＳ用アンテナ１８には給電ケーブル１９が接続されている。図１０に示されるように、給電ケーブル１９に不要輻射を抑制するフェライト２０を付加することで、アンテナ間の干渉を低減することができる。

本発明の第七の実施例を図１１及び図１２を用いて説明する。図２の配置Ａに示されるようにセルラ用アンテナ２１とＧＰＳ用アンテナ２２が隣接して配置されており、セルラ用アンテナ２１及びＧＰＳ用アンテナ２２には給電ケーブル２３、２４が接続されている。図中Ｂのように給電ケーブルを交差せず、図中Ａのように給電ケーブルを平行に引き出すことで、アンテナ間の干渉を低減することができる。
また、図中Ｂのように給電ケーブルを接触するように交差して配置した場合、図１２に示されるようにセルラ用アンテナ２１の高域側周波数が所定のＰＣＳ周波数から高周波側にずれてしまっているが、図中Ａのように給電ケーブルを平行に配置した場合、所定のＰＣＳ周波数からずれていないことが確認できる。
このように、給電ケーブルを平行に配置することで、アンテナ間干渉を低減することができ、さらにケーブル配置によってアンテナ動作周波数が所定の周波数からずれることもない。

セルラ用アンテナとしてスリットアンテナを用いた例により第一から第七の各実施形態を説明したが、セルラ用アンテナとしてスロットアンテナを用いた場合も同様の効果が得られる。

ケースに内蔵されるアンテナの配置を示す図である。アンテナ配置を示す図であり、（ａ）はＡＭＰＳ側にＧＰＳ用アンテナを配置した図であり、（ｂ）はＰＣＳ側にＧＰＳ用アンテナを配置した図である。セルラ用アンテナとＧＰＳ用アンテナの各々のリターンロス特性を示す図である。アンテナ配置によるアイソレーション特性を示す図である。アンテナ配置（アンテナ間のスペース）を示す図である。アンテナ間の距離によるアイソレーション特性を示す図である。ＧＰＳ用アンテナが有するＬＮＡの配置を示す図であり、（ａ）はＬＮＡをセルラ用グランドから離して設置した場合の図であり、（ｂ）はＬＮＡをセルラ用グランド上に設置した場合の図である。ＧＰＳ用アンテナが有するＬＮＡの配置によるアイソレーション特性を示す図。ＧＰＳ用アンテナの給電ケーブルの配置方法を示す図であり、（ａ）はＧＰＳ用アンテナとセルラ用アンテナの間に給電ケーブルを配置した図であり、（ｂ）は給電ケーブルがセルラ用アンテナから遠くなるように配置した図である。ＧＰＳ用アンテナに付加される給電ケーブルにフェライトを装着した図である。セルラ用アンテナの給電ケーブルおよびＧＰＳ用アンテナの給電ケーブル配置方法を示す図であり、（ａ）はこれらのケーブルを平行に配置した図であり、（ｂ）はこれらのケーブルが交差するように配置した図である。セルラ用アンテナの給電ケーブルおよびＧＰＳ用アンテナの給電ケーブルの配置方法によるリターンロス特性を示す図である。従来の複合アンテナ装置を示す構造図である。従来の複合アンテナ装置を示す構造図である。

符号の説明

１セルラ用アンテナ
２ＧＰＳ用アンテナ
３収納ケース
４複合アンテナ装置
５セルラ用アンテナ
６ＧＰＳ用アンテナ
７セルラ用アンテナ
８ＧＰＳ用アンテナ
９セルラ用アンテナ
１０ＧＰＳ用アンテナ
１１収納ケース
１２ＧＰＳ用アンテナに接続されたＬＮＡ
１３ＧＰＳ用アンテナとＬＮＡを接続するケーブル
１４セルラ用アンテナ
１５ＧＰＳ用アンテナ
１６ＧＰＳ用アンテナに接続された給電ケーブル
１７セルラ用アンテナ
１８ＧＰＳ用アンテナ
１９ＧＰＳ用アンテナに接続された給電ケーブル
２０フェライト
２１セルラ用アンテナ
２２ＧＰＳ用アンテナ
２３ＧＰＳ用アンテナに接続された給電ケーブル
２４セルラ用アンテナに接続された給電ケーブル

Claims

２つの無線周波数帯域の電波に対応する第１のアンテナと、
上記２つの無線周波数帯域とは異なる無線周波数帯域の電波に対応する第２のアンテナとを有し、
上記第１および第２のアンテナが隣接して配置される複合アンテナ装置であって、
上記第１のアンテナは、上記２つの無線周波数帯域に対応した２つのスロットアンテナまたはスリットアンテナから構成され、
上記第２のアンテナが対応する無線周波数帯域に近接しない方の無線周波数帯域で動作する上記スロットアンテナまたはスリットアンテナのアンテナパターンは、上記第２のアンテナに隣接して配置され、
上記第２のアンテナが対応する無線周波数帯域に近接する方の無線周波数帯域で動作する上記スロットアンテナまたはスリットアンテナのアンテナパターンは、上記第２のアンテナが対応する無線周波数帯域に近接しない方の無線周波数帯域で動作する上記スロットアンテナまたはスリットアンテナのアンテナパターンよりも、上記第２のアンテナから離間して配置され、
上記第１および第２のアンテナは、グランドを共有せず、各々が独立したグランドを有する
ことを特徴とする複合アンテナ装置。
請求項１記載の複合アンテナ装置であって、
上記２つのスロットアンテナまたはスリットアンテナのアンテナパターンは、上記第１のアンテナの左右両側に配置されていることを特徴とする複合アンテナ装置。
請求項２記載の複合アンテナ装置であって、上記第１のアンテナと上記第２のアンテナとの距離が、上記第２のアンテナが対応する無線周波数の１／２０波長以上１／２波長以下であることを特徴とする複合アンテナ装置。
請求項３記載の複合アンテナ装置であって、
上記第１のアンテナは、２つのスリットアンテナから構成され、
上記第２のアンテナが対応する無線周波数帯域に近接する方の無線周波数帯域で動作する上記スリットアンテナは、そのスリットパターンの開口が上記第２のアンテナと対向するように配置されていることを特徴とする複合アンテナ装置。
請求項３記載の複合アンテナ装置であって、上記第１のアンテナがＡＭＰＳ［８２４ＭＨｚ〜８９４ＭＨｚ］とＰＣＳ［１８５０ＭＨｚ〜１９９０ＭＨｚ］に対応し、上記第２のアンテナがＧＰＳ１５７５．４２ＭＨｚに対応し、上記第２のアンテナが上記第１のアンテナのＡＭＰＳに対応するアンテナパターンに隣接することを特徴とする複合アンテナ装置。
請求項３記載の複合アンテナ装置であって、上記第２のアンテナにＬＮＡ（低雑音増幅器）が接続され、上記ＬＮＡ（低雑音増幅器）を上記第１のアンテナのグランド上に設置しないことを特徴とする複合アンテナ装置。
請求項３記載の複合アンテナ装置であって、上記第１のアンテナに第１の給電ケーブルが接続され、上記第２のアンテナに第２の給電ケーブルが接続される複合アンテナ装置であって、上記第１の給電ケーブルと上記第２の給電ケーブルが互いに交差しないよう設置されることを特徴とする複合アンテナ装置。
請求項３記載の複合アンテナ装置であって、上記第１のアンテナに第１の給電ケーブルが接続され、上記第２のアンテナに第２の給電ケーブルが接続される複合アンテナ装置であって、上記第１の給電ケーブルと上記第２の給電ケーブルに不要輻射を防止するフェライトが付加されることを特徴とする複合アンテナ装置。