JP6336422B2

JP6336422B2 - アンテナ装置

Info

Publication number: JP6336422B2
Application number: JP2015191824A
Authority: JP
Inventors: 有吾田代
Original assignee: Harada Industry Co Ltd
Current assignee: Harada Industry Co Ltd
Priority date: 2015-09-29
Filing date: 2015-09-29
Publication date: 2018-06-06
Anticipated expiration: 2035-09-29
Also published as: CN107017455A; JP2017069703A; US20170093028A1; GB201616466D0; US10418696B2; CN107017455B; GB2543169A; GB2543169B

Description

本発明は、自動車等に搭載され、複数種類の周波数帯の電波を受信するアンテナ装置に関するものである。

自動車等に搭載されるアンテナとして、アンテナ装置全体の高さをロッドアンテナより低くするとともに、エレメントをアンテナケースに収容して車外への露出から守ることや、アンテナ装着後の車両全体のデザインを考慮してアンテナケースをフカヒレ形状（シャークフィン形状）で構成した低背型のアンテナ装置が提案されている。このような低背型のアンテナ装置は、法規制等との兼ね合いから、高さが７０ｍｍ以下で、長手方向の長さが２００ｍｍ前後であるものが多い。また、このようなアンテナ装置には、ＡＭ／ＦＭラジオ用のヘリカルアンテナや、ＧＰＳ（Global Positioning System）用／ＳＤＡＲＳ（Satellite Digital Audio Radio Service）用のパッチアンテナなど、複数種類の周波数帯の電波を受信するアンテナが設けられる（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１２−１６１０７５号公報

本願発明者は、上記のような比較的小さなアンテナ装置内に、ＧＰＳ用などのパッチアンテナと、ＤＳＲＣ（Dedicated Short Range Communications）用などの垂直偏波の電波を受信するモノポールアンテナを設けた場合、ＤＳＲＣ用のアンテナにヌル点を生じがちであることを発見した。すなわち、アンテナエレメントが鉛直に設けられたモノポールアンテナは、通常、水平面内で無指向性を示すが、同一のアンテナ装置内にパッチアンテナを設けると、アンテナゲインが低下する方位を生じる現象が見られた。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、同一筐体内に複数種類の電波を受信するアンテナを設ける場合でも、ヌル点の発生を防止または低減することを目的としている。

第１の発明は、
第１のアンテナと、接地導体板を有する第２のアンテナとが同一筐体内に配置されたアンテナ装置であって、
前記第１のアンテナは、垂直偏波の電波を受信するダイポールアンテナであり、
前記第１のアンテナは、給電点の高さ位置が、前記第２のアンテナの高さ位置以上に設定されていることを特徴とする。

これにより、第１のアンテナにおいて、接地導体板の影響によるヌルポイントの発生を容易に抑制または低減できるとともに、第１のアンテナのゲインを高めることが容易にできる。

第２の発明は、
第１の発明のアンテナ装置であって、
前記第１のアンテナは、フォールデッドダイポールアンテナであることを特徴とする。

これにより、上記第１のアンテナのヌルポイントの発生をより容易に抑制または低減できるとともに、インピーダンスの調整も容易にできる。

第３の発明は、
第１の発明または第２の発明のアンテナ装置であって、
前記第１のアンテナは、アンテナエレメントの給電点に同軸ケーブルが接続されていることを特徴とする。

これにより、ストリップラインやマイクロストリップラインなどによって給電される場合に比べ、より高いゲインを容易に得ることができる。

第４の発明は、
第１の発明から第３の発明のうち何れか１つのアンテナ装置であって、
前記第２のアンテナは、パッチアンテナであることを特徴とする。

これにより、第２のアンテナの性能を確保しつつ、上記のような第１のアンテナのヌルポイントの発生を抑制または低減することが容易にできる。

第５の発明は、
第１の発明から第４の発明のうち何れか１つのアンテナ装置であって、
前記第１のアンテナの上方に、さらに、導電性を有し前記第２のアンテナの放射素子よりも大きな部材が配置されていることを特徴とする。

第６の発明は、
第５の発明のアンテナ装置であって、
前記導電性を有する部材は、前記第２のアンテナよりも低い周波数の電波を受信するアンテナであることを特徴とする。

これらの場合でも、やはり、第１のアンテナにおけるヌルポイントの発生を容易に抑制または低減することができる。

本発明では、同一筐体内に複数種類の電波を受信するアンテナを設ける場合でも、ヌル点の発生を防止または低減することができる。

実施形態のアンテナ装置の内部構造を示す側面図である。実施形態のアンテナ装置の水平面内における指向性を示すグラフである。比較例のアンテナ装置の内部構造を示す側面図である。比較例のアンテナ装置の水平面内における指向性を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（自動車用アンテナユニットの概略構成）
図１は、本発明によるアンテナ装置としての自動車用アンテナユニットの内部構造を示す側面図であり、その筐体をなすカバー１０１を仮想線（２点鎖線）で示したものである。この自動車用アンテナユニットは、図示しない自動車のルーフに、図１に矢印Ａで示す方向を車両の前方、矢印Ｂで示す方向を車両の上方として取り付けられるものである。上記自動車用アンテナユニットは、自動車のルーフと平行に配置される金属板から成るベース１０３と、このベース１０３の上に固定された回路基板１０６と、固定部材１１４・１１５によってベース１０３の上面に固定された支持部材１０７と、当該支持部材１０７の上縁における後端近傍に支持されるアンテナ素子１０８と、ベース１０３の上面における先端近傍に配置された例えばパッチアンテナ１０９（第２のアンテナ）と、支持部材１０７の中央部付近に形成されたダイポールアンテナ２１０（第１のアンテナ）と、自動車用アンテナユニット全体を覆うカバー１０１とを主要部品としている。なお、第２のアンテナとしては、上記パッチアンテナ１０９に代えて、または加えて、電話用アンテナとしての逆Fアンテナや逆Lアンテナなどが設けられていてもよい。

（主要部の構成）
上記カバー１０１は、その下縁が全周にわたってベース１０３の上面に嵌まり込む蓋状の筐体である。なお、カバー１０１の下縁がベース１０３に溶着又は他の方法で固定されてもよい。

なお、ベース１０３としては、金属板から成るものに限らず、樹脂材料から成るものを用いることもできる。

回路基板１０６は、受信された信号の処理をする回路が形成されたもので、コイル１１３を介して、アンテナ素子１０８に接続されている。また、図示しない配線を介して第２のアンテナである例えばパッチアンテナ１０９などに接続されている。さらに、同軸ケーブル２２０を介してダイポールアンテナ２１０に接続されている。なお、同軸ケーブル２２０に代えて、パターンを用いる給電線によって接続されるなどしてもよい。

支持部材１０７の上部にはアンテナ素子１０８が構成され、コイル１１３が実装されている。また支持部材１０７の上縁は、カバー１０１の稜線の内面に沿った形状に形成されている。なお、支持部材１０７やアンテナ素子１０８は、その一部がカバー１０１に沿った形状でもよいし、必ずしもカバー１０１に沿った形状でなくてもよい。また、例えば、平行四辺形のような斜めの辺を有する形状や長方形などの枠状の形状などでもよい。また、基板によって構成されてもよいし、枠体によって構成されるなどしてもよい。

アンテナ素子１０８は、例えば、アルミニウムやステンレススチール等の導電性が高く且つ弾性係数が大きい金属板がプレス加工によって打ち抜かれ、塑性変形による折曲が施されることにより、自動車の前後方向から見たときに略逆Ｖ字形状になるように形成されたものである。このアンテナ素子１０８は支持部材１０７の上部を両面側から挟み込むように固定されている。

アンテナ素子１０８は、コイル１１３を介して回路基板１０６に接続されている。

コイル１１３は、自動車用アンテナユニット全体のサイズ上の制限に因ってラジオ用アンテナ（アンテナ素子）の電気長が十分に確保できないことを補完するために、上記のように回路基板１０６とアンテナ素子１０８との間に接続されている。

上記支持部材１０７、アンテナ素子１０８、およびコイル１１３は、ＡＭ放送電波の受信用アンテナ、およびＦＭ放送電波の受信用アンテナとして機能するようになっている。すなわち、パッチアンテナ１０９の放射素子よりも大きな導体であるアンテナ素子１０８が配置され、パッチアンテナ１０９よりも低い周波数の電波を受信するようになっている。

また、パッチアンテナ１０９は、ベース１０３の表面における先端近傍に固定された、接地導体板を有するアンテナで、ＧＰＳ用やＳＤＡＲＳ用の電波を受信するようになっている。

また、ダイポールアンテナ２１０は、ＤＳＲＣ用などの垂直偏波の電波を受信するもので、支持部材１０７に銅箔のパターニングにより、フォールデッドのダイポールアンテナとして形成されている。ダイポールアンテナ２１０の給電点の一方には、同軸ケーブル２２０の芯線が接続され、他方には、同軸ケーブル２２０のシールド線が接続されている。これにより、ストリップラインやマイクロストリップラインなどによって給電される場合に比べ、より高いゲインを容易に得られるようになっている。上記ダイポールアンテナ２１０の給電点の高さ位置は、パッチアンテナ１０９の高さ位置以上に設定されている。より詳しくは、パッチアンテナ１０９の放射素子における最も高い位置以上にダイポールアンテナ２１０の給電点が位置するようにされている。ダイポールアンテナ２１０における１対の平行導体の幅は種々設定可能であるが、例えば給電側の導体の方が、折り返し側の導体よりも広く設定され、インピーダンスの調整が行われるようになっている。

（ダイポールアンテナ２１０の特性）
上記のように構成された自動車用アンテナユニットにおいて、５．８５０ＧＨｚの電波についてダイポールアンテナ２１０の水平面内での指向性を測定したところ、図２に示すように、最大／最小／平均ゲインは、それぞれ５．７ｄＢ／−４．８ｄＢ／０．５ｄＢとなり、リプルは１０．５ｄＢであり、略一様な指向性を示した。

比較例として、図３に示すように、支持部材１０７上にモノポールアンテナ３１０を形成した場合、一般の垂直偏波のモノポールアンテナでは水平面内での指向性は示さないと考えられるが、図３に示すように同一筐体内にパッチアンテナ１０９が設けられている場合には、図４に示すように、最大／最小／平均ゲインは０．２ｄＢ／−２３．２ｄＢ／−３．５ｄＢとなり、リプルは２３．４ｄＢと、ゲイン自体も小さく、かつ、２つの方位でヌル点が生じた。

上記のように、一般に、自動車用アンテナユニットなど、実質的に、複数のアンテナが、影響(干渉)を与えるおそれがあるような距離で配置される低背型のアンテナ装置などでは、垂直偏波の電波を受信するアンテナ（第１のアンテナ）の指向性は低下しがちである。特に接地導体板を有するパッチアンテナ１０９等のアンテナや、パッチアンテナの放射素子よりも大きな導体であるアンテナ素子１０８などと、垂直偏波の電波を受信するアンテナとが近接して配置される場合には、そのような状態になりやすい。ところが、上記垂直偏波の電波を受信するアンテナとしてダイポールアンテナを用いることや、給電点の高さ位置が第２のアンテナの高さ位置以上に設定されていることによって、大幅な指向性の改善を見ることができる。

（その他の事項）
なお、上記の例では、ダイポールアンテナ２１０としてフォールデッドのダイポールアンテナが用いられ、インピーダンスの調整も容易にできる例を示したが、折り返しのないダイポールアンテナでも、モノポールアンテナに比べて指向性の改善を得ることはできる。

また、ダイポールアンテナ２１０の位置は特に限定されず、例えば図１に併せて２点鎖線で示すダイポールアンテナ２１０’・２１０”のように、よりパッチアンテナ１０９に近い位置（例えばアンテナ素子１０８よりも前方）や、よりパッチアンテナ１０９との距離が長い、支持部材１０７やアンテナ素子１０８の後端付近に設けるなどしてもよい。また、何れの位置においても、給電点の方向は、ダイポールアンテナ２１０・２１０”のようにエレメントの前方側でもよいし、ダイポールアンテナ２１０’のように後方側でもよい。すなわち、固定部材１１４・１１５の位置などに応じて種々設定すればよい。ただし、通常、給電点の高さ位置は、パッチアンテナ１０９の高さ位置以上に設定されることが好ましい。さらに、パッチアンテナ１０９の上端と、ダイポールアンテナ２１０の下端とが重ならないことが、より好ましい。また、ダイポールアンテナ２１０の給電点までの接続は、支持部材１０７に形成された配線パターンなどによって行われてもよいが、シールドされた同軸ケーブル２２０によって行われることが、より好ましい。

また、上記の例では、３種類のアンテナが同一筐体内に設けられる例を示したがこれに限らず、パッチアンテナ１０９とダイポールアンテナ２１０との２つだけが設けられるのであってもよいし、さらに、例えば電話通信用の８００ＭＨｚや２ＧＨｚの電波などを受信するアンテナ等が設けられるなどしてもよい。すなわち、例えば、電話通信用のアンテナなども設けられて、上方、下方、および側方の３方が導体で囲まれるような場合などでも、ダイポールアンテナ２１０を用いることによって、ＤＳＲＣ用などの電波を良好に受信することが容易に可能になる。

なお、本発明の複合アンテナ装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、
発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１０１カバー
１０３ベース
１０６回路基板
１０７支持部材
１０８アンテナ素子
１０９パッチアンテナ
１１３コイル
１１４・１１５固定部材
２１０ダイポールアンテナ
２１０’ ダイポールアンテナ
２１０” ダイポールアンテナ
２２０同軸ケーブル
３１０モノポールアンテナ

Claims

第１のアンテナと、接地導体板を有し、前記第１のアンテナとは異なる周波数の電波を受信する第２のアンテナとが同一筐体内に配置されたアンテナ装置であって、
前記第１のアンテナは、垂直偏波の電波を受信するダイポールアンテナであり、
前記第１のアンテナは、アンテナ装置が設置された状態での給電点の高さ位置が、前記第２のアンテナの放射素子における最も高い位置以上に設定されていることを特徴とするアンテナ装置。
請求項１のアンテナ装置であって、
前記第１のアンテナは、フォールデッドダイポールアンテナであることを特徴とするアンテナ装置。
請求項１または請求項２のアンテナ装置であって、
前記第１のアンテナは、アンテナエレメントの給電点に同軸ケーブルが接続されていることを特徴とするアンテナ装置。
請求項１から請求項３のうち何れか１項のアンテナ装置であって、
前記第２のアンテナは、パッチアンテナであることを特徴とするアンテナ装置。
請求項１から請求項４のうち何れか１項のアンテナ装置であって、
前記第１のアンテナに対してアンテナ装置が設置された状態で高さ方向が上となる位置に、さらに、導電性を有し前記第２のアンテナの放射素子よりも表面積が大きな部材が配置されていることを特徴とするアンテナ装置。
請求項５のアンテナ装置であって、
前記導電性を有する部材は、前記第２のアンテナよりも低い周波数の電波を受信するアンテナであることを特徴とするアンテナ装置。