JP7734687B2 - アンテナ - Google Patents
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Description
まず、本実施形態のアンテナ装置1について説明する前に、図1及び図2を参照しつつ、アンテナ装置1の方向等の定義、及びアンテナ装置1の外形及び設置位置を説明する。
以下では、図1及び図2に示されるように、アンテナ装置1の方向等(前後方向、左右方向及び上下方向)を定義する。アンテナ装置1の前後方向、左右方向及び上下方向は、アンテナ装置1を設置した車両100における前後方向、左右方向及び上下方向と同一とする。つまり、車両100の運転席からフロント側(前側)をアンテナ装置1の前方向(前方)とし、車両100の運転席から右側をアンテナ装置1の右方向とし、車両100の運転席から天頂方向をアンテナ装置1の上方向(上方)とする。また、前方向、右方向及び上方向の各々の反対方向を、後方向(後方)、左方向及び下方向(下方)とする。なお、前後方向を長手方向、左右方向を横方向又は幅方向、上下方向を縦方向又は高さ方向と呼ぶことがある。
次に、図2を参照しつつ、本実施形態におけるアンテナ装置1の概要を説明する。なお、図2では、アンテナ装置1、及びアンテナ装置1が有する構成(例えば、後述するアンテナ11など)を模式的に表すことで、本実施形態のアンテナ装置1を簡易に図示している。また、図2では、本実施形態のアンテナ装置1の内部を図示するために、後述するケース2の図示を省略し、ケース2の外形を破線で示している。
ケース2は、ベース3とともに、アンテナ10及びアンテナ11の収容空間を形成する部材である。本実施形態では、ケース2は、アンテナ装置1の上面を構成する。また、本実施形態では、ケース2は、絶縁性の樹脂材料により形成されている。但し、ケース2は、絶縁性の樹脂材料以外で、かつ電波を透過する材料により形成されても良い。また、ケース2は、絶縁性の樹脂材料の部分と、電波を透過する他の材料の部分とで構成されても良く、これらの材料を自由に組み合わせても良い。なお、ケース2は、不図示のネジによりベース3に固定されている。但し、ケース2は、ネジにより固定される場合に限られず、スナップフィット、溶着、接着などでベース3に固定されても良い。
ベース3は、ケース2とともに、アンテナ10及びアンテナ11の収容空間を形成する部材である。本実施形態では、ベース3は、アンテナ装置1の底面を構成する。ベース3は、図2に示されるように、絶縁ベース4と、金属ベース5とを有する。
基板6は、アンテナ10が接続される回路基板である。また、基板7は、アンテナ11が接続される回路基板である。基板6と、基板7とは、前述したように、金属ベース5に設置されている。つまり、基板6と、基板7とは、別体の基板として金属ベース5に設置されている。この場合、小型の基板を用いることでコストを抑制することができる。しかし、アンテナ10が接続される基板と、アンテナ11が接続される基板とが、一体に形成されていても良い。この場合、アンテナ装置1の組立作業を効率化することができる。
アンテナ10は、例えば、全球測位衛星システム(GNSS:Global Navigation Satellite System)用の1.5GHz帯(例えば、L1バンド)の電波に対応する平面アンテナ(パッチアンテナ)である。このため、以下では、アンテナ10を、「GNSSアンテナ」又は「パッチアンテナ」と呼ぶことがある。本実施形態では、アンテナ10は、GNSS用の1.5GHz帯の電波を受信する。特に、本実施形態では、アンテナ10は、L1バンド用の1559MHz~1610MHz帯の電波を受信する。また、L1バンドにおけるターゲット周波数は、本実施形態では中心周波数であり、ここでの中心周波数は、1575.42MHzである。なお、アンテナ10は、後述する第2実施形態~第5実施形態で説明するように、複数の周波数帯の電波に対応しても良く、所望の周波数帯の電波を送信及び受信のうち少なくとも一方をすれば良い。
アンテナ11は、例えば、AM/FMラジオ用の電波に対応するアンテナである。本実施形態では、アンテナ11は、例えば、522kHz~1710kHzのAM放送用の電波と、76MHz~108MHzのFM放送用の電波とを受信する。このため、以下では、アンテナ11を、「AM/FMアンテナ」と呼ぶことがある。
アンテナ装置1は、図2では不図示であるが、上述した構成のほか、ケース2とベース3との間に挟み込まれて固定されるパッドを有しても良い。パッドは、軟質絶縁性であり、ルーフ101とケース2との隙間を塞ぎ、美観を向上させるとともに、防塵、防水性を向上させる構成としても良い。
アンテナ装置1のアンテナ11は、上述したように、エレメント15とともに、AM/FMラジオ用の電波の周波数帯で共振するエレメント16を有する。以下では、引き続き図2を参照しつつ、アンテナ11のエレメント16の概要を説明する。
エレメント16は、上述したように、エレメント15とともにアンテナ11の対応する電波(ここでは、AM/FMラジオ用の電波)の周波数帯で共振する。そして、エレメント16は、アンテナ10の対応する電波(ここでは、GNSS用の電波)の周波数帯で並列共振する並列共振部20を有する。以下では、図3を参照しつつ、エレメント16を構成する並列共振部20の概要を説明する。
次に、上述において概要を説明したエレメント16及び並列共振部20について、図4~図7を参照しつつ、具体的な構成について説明する。
まず、エレメント16の詳細について説明するために、アンテナ10とアンテナ11との位置関係について説明する。本実施形態のアンテナ装置1では、図5A及び図5Bに示されるように、アンテナ10の第1領域A1の少なくとも一部と、アンテナ11の第2領域A2の少なくとも一部とが重複するよう、アンテナ10とアンテナ11とが位置している。
本実施形態では、エレメント16は、図5Bの上面視に示されるように、集合体17と、集合体18との2つの集合体で構成されている。集合体17と、集合体18との各々は、複数の並列共振部20と、外部接続部50と、基材60とを有する。そして、集合体17と、集合体18とは、互いに離間しており、エレメント15に各々接続される。
上述したように、並列共振部20は、キャパシタ21と、インダクタ22とを有する。なお、キャパシタ21は、並列共振部20のうち、図6Aの一点鎖線で囲まれる領域であり、インダクタ22は、並列共振部20のうち、図6Aの一点鎖線で囲まれる領域以外の領域である。
次に、前述で概要を説明した外部接続部50について、図8を参照しつつ、具体的な構成について説明する。
次に、本実施形態のアンテナ11の特性について説明するために、図9に示される比較例のアンテナ11Aを説明する。
図10は、第1実施形態のアンテナ装置1及び比較例のアンテナ装置1Xのそれぞれにおける、アンテナ10の仰角及び平均利得の関係を示す図である。
次に、図11を参照しつつ、エレメント16の断面形状についての変形例を説明する。
第1変形例のエレメント16の断面形状は、図11Aに示されるように、I字形状である。すなわち、エレメント16は、左右方向に垂直な平板形状である。ただし、平板形状のエレメント16が、上下方向及び左右方向の少なくとも一方の方向に対して所定角度傾いた形状であっても良い。
第2変形例のエレメント16の断面形状は、図11Bに示されるように、上側に凸となる逆U字形状である。但し、エレメント16は、下側に凸となるU字形状であっても良い。エレメント16の断面形状をこのように形成しても、エレメント16は、エレメント15とともに、適切にAM/FMラジオ用の電波の周波数帯で共振することができる。そして、第2変形例のエレメント16によっても、アンテナ10の特性に与える影響を抑制することができる。
第3変形例のエレメント16の断面形状は、図11Cに示されるように、上側に凸となる逆V字形状である。但し、エレメント16は、下側に凸となるV字形状であっても良い。エレメント16の断面形状をこのように形成しても、エレメント16は、エレメント15とともに、適切にAM/FMラジオ用の電波の周波数帯で共振することができる。そして、第3変形例のエレメント16によっても、アンテナ10の特性に与える影響を抑制することができる。
以上のように、エレメント16の断面形状の第1変形例~第3変形例をそれぞれ説明した。なお、上述のエレメント16の断面形状の第1変形例~第3変形例を自由に組み合わせることができる。このように、エレメント16の断面形状の第1変形例~第3変形例を組み合わせた場合であっても、エレメント15とともに、適切にAM/FMラジオ用の電波の周波数帯で共振し、アンテナ10の特性に与える影響を抑制することができる。
次に、図12を参照しつつ、エレメント16における並列共振部の接続経路についての変形例を説明する。以下で説明するエレメント16における並列共振部の接続経路の変形例では、隣り合う並列共振部同士との接続を変える(すなわち、外部接続部50の位置を変える)ことによって、エレメント16における並列共振部の接続経路を変えることができる。
第1変形例におけるエレメント16における並列共振部の接続経路は、図12Aに示されるように、前後方向に折り返しを繰り返しながら蛇行する経路(横ミアンダ形状の経路)である。エレメント16における並列共振部の接続経路をこのように構成しても、エレメント16は、エレメント15とともに、適切にAM/FMラジオ用の電波の周波数帯で共振することができる。また、アンテナ10の特性に与える影響を抑制することができる。さらに、設計の自由度を向上させることができる。
第2変形例におけるエレメント16における並列共振部の接続経路は、図12Bに示されるように、前後方向・左右方向に不規則に折り返しながら蛇行する経路である。エレメント16における並列共振部の接続経路をこのように構成しても、エレメント16は、エレメント15とともに、適切にAM/FMラジオ用の電波の周波数帯で共振することができる。また、アンテナ10の特性に与える影響を抑制することができる。さらに、設計の自由度を向上させることができる。
第1変形例及び第2変形例では、図に示される全ての並列共振部20を一筆書きで通過するように、エレメント16における並列共振部の接続経路が構成されていた。しかし、第3変形例では、左側の2列に位置する並列共振部20においては、左右方向に折り返しを繰り返しながら蛇行しつつ、右側の1列に位置する並列共振部20においては、これらの蛇行する経路からそれぞれ分岐して接続されている。エレメント16における並列共振部の接続経路をこのように構成しても、エレメント16は、エレメント15とともに、適切にAM/FMラジオ用の電波の周波数帯で共振することができる。また、アンテナ10の特性に与える影響を抑制することができる。さらに、設計の自由度を向上させることができる。
なお、上述では、エレメント16における並列共振部の接続経路の第1変形例~第3変形例をそれぞれ説明したが、上述の第1変形例~第3変形例を自由に組み合わせることができる。
次に、図13~図18を参照しつつ、並列共振部20の変形例を説明する。
図13は、並列共振部20の第1変形例の斜視図である。図14は、並列共振部20の第1変形例の六面図である。
図15は、並列共振部20の第2変形例の斜視図である。図16は、並列共振部20の第2変形例の六面図である。
図17は、並列共振部20の第3変形例の斜視図である。図18は、並列共振部20の第3変形例の六面図である。
なお、上述では、並列共振部20の第1変形例~第3変形例をそれぞれ説明したが、上述の第1変形例~第3変形例の並列共振部20及び図6-図7に示される並列共振部20の少なくとも2つを自由に組み合わせて配置してもよい。
以上では、第1実施形態のアンテナ装置1について説明した。つまり、第1実施形態のアンテナ装置1のアンテナ10は、1つの周波数帯(例えば、GNSS用の1.5GHz帯)の電波に対応している。しかし、アンテナ装置が有するアンテナは、複数の周波数帯の電波に対応しても良い。そこで、以下では、複数の周波数帯の電波に対応するアンテナ10Aを有する第2実施形態のアンテナ装置1について説明する。
<<エレメント16B>>
上述した第2実施形態のアンテナ装置1Aでは、エレメント16Aが集中定数回路によって構成される外部接続部50Aを有することにより、複数の周波数帯の電波に対応するアンテナ10Aの特性に与える影響を抑制することができる。しかし、第2実施形態と異なる構成によっても、複数の周波数帯の電波に対応するアンテナの特性に与える影響を抑制することができる。そこで、以下では、複数の周波数帯の電波に対応するアンテナ10Bを有する第3実施形態のアンテナ装置1Bについて説明する。
<並列共振部20Bの配置に関する第1変形例>
図23は、並列共振部20Bの配置に関する第1変形例の説明図である。
図24は、並列共振部20Bの配置に関する第2変形例を示す図であり、図24Aは、隣り合う並列共振部20B,30Bの斜視図であり、図24Bは、隣り合う並列共振部20B,30Bを離間させた分解斜視図である。図25は、隣り合う並列共振部20B,30Bの六面図である。
第1変形例におけるエレメント16Bにおける並列共振部の接続経路は、図26Aに示されるように、前後方向に折り返しを繰り返しながら蛇行する経路(横ミアンダ形状の経路)である。あるいは、エレメント16Bにおける並列共振部の接続経路は、上下方向に折り返しながら蛇行する経路(縦ミアンダ形状の経路)であってもよい。エレメント16Bにおける並列共振部の接続経路をこのように構成しても、エレメント16Bは、エレメント15とともに、適切にAM/FMラジオ用の電波の周波数帯で共振することができる。また、設計の自由度を向上させることができる。
第2変形例におけるエレメント16Bにおける並列共振部の接続経路は、図26Bに示されるように、前後方向・左右方向に不規則に折り返しながら蛇行する経路である。エレメント16Bにおける並列共振部の接続経路をこのように構成しても、エレメント16Bは、エレメント15とともに、適切にAM/FMラジオ用の電波の周波数帯で共振することができる。また、設計の自由度を向上させることができる。
第1変形例及び第2変形例では、図に示される全ての並列共振部20Bを一筆書きで通過するように、エレメント16Bにおける並列共振部の接続経路が構成されていた。しかし、第3変形例では、左側の2列に位置する並列共振部20Bにおいては、左右方向に折り返しを繰り返しながら蛇行しつつ、右側の1列に位置する並列共振部20Bにおいては、これらの蛇行する経路からそれぞれ分岐して接続されている。エレメント16Bにおける並列共振部の接続経路をこのように構成しても、エレメント16Bは、エレメント15とともに、適切にAM/FMラジオ用の電波の周波数帯で共振することができる。また、設計の自由度を向上させることができる。
なお、上述では、エレメント16並列共振部20Bにおける並列共振部の接続経路の第1変形例~第3変形例をそれぞれ説明したが、上述の第1変形例~第3変形例を自由に組み合わせることができる。
以上では、第3実施形態のアンテナ装置1Bについて説明した。つまり、第3実施形態のアンテナ装置1Bのアンテナ10Bは、2つの周波数帯(例えば、L1バンド及びL2バンド)の電波に対応している。しかし、アンテナ装置が有するアンテナは、3つの周波数帯の電波に対応しても良い。そこで、以下では、3つの周波数帯の電波に対応するアンテナ10Cを有する第4実施形態のアンテナ装置1について説明する。
上述した第1実施形態~第4実施形態のアンテナ装置(例えば、アンテナ装置1)では、AM/FMアンテナ(例えば、アンテナ11)の近傍には、1つのパッチアンテナ(例えば、アンテナ10)が位置していた。但し、AM/FMアンテナ(例えば、アンテナ11)の近傍には、複数のアンテナが位置しても良い。つまり、本実施形態のアンテナ装置1Dのように、さらに別のアンテナを有しても良い。
以上、本発明の実施の形態であるアンテナ11,11Aについて説明した。アンテナ11は、例えば、図2,図4,図5に示されるように、例えば、GNSS用の1.5GHz帯(L1バンド)で共振する複数の並列共振部20,30,40と、複数の並列共振部20,30,40のうち、隣り合う並列共振部同士(並列共振部20,30又は並列共振部20,40)を接続する外部接続部50と、を有するエレメント16と、エレメント16と接続されるエレメント15と、を備える。そして、エレメント16と、エレメント15とで、GNSS用の1.5GHz帯(L1バンド)とは異なる、例えば、AM/FMラジオ用の周波数帯(522kHz~1710kHzのAM放送用と、76MHz~108MHzのFM放送用)の電波に対応する。このようなアンテナ11によれば、別のアンテナ(アンテナ10)の特性に与える影響を抑制することができる。
2 ケース
3 ベース
4 絶縁ベース
5 金属ベース
6,7,8 基板
10,10A アンテナ(GNSSアンテナ,パッチアンテナ)
11,11A,11B,11X アンテナ(AM/FMアンテナ)
12 誘電体部材
13,13A 放射素子
14 給電部
15 エレメント
16,16B,16X エレメント
17,18 集合体
19 アンテナ
20,20B 並列共振部
21 キャパシタ
22 インダクタ
23,24 導電体
25,26 接続領域
27,28 腕部
29 内部接続部
30,30B 並列共振部
31 キャパシタ
32 インダクタ
33,34 導電体
35,36 接続領域
37,38 腕部
39 内部接続部
40,40B 並列共振部
50,50A~50C 外部接続部
60 基材
61 おもて面
62 うら面
63~65 誘電層
70 スロット
100 車両
101 ルーフ
Claims (17)
- 第1周波数帯で共振する複数の並列共振部と、前記複数の並列共振部のうち、隣り合う前記並列共振部同士を接続する第1接続部と、を有する第1エレメントと、
前記第1エレメントと接続される第2エレメントと、を備え、
前記第1エレメントと、前記第2エレメントとで前記第1周波数帯とは異なる第2周波数帯の電波に対応し、
前記第1接続部によって接続される前記複数の並列共振部の接続経路は蛇行している、
アンテナ。 - 前記第1接続部は、集中定数回路であり、
前記集中定数回路は、前記第1周波数帯及び前記第2周波数帯と異なる第3周波数帯で共振する、
請求項1に記載のアンテナ。 - 第1周波数帯で共振する複数の並列共振部と、前記複数の並列共振部のうち、隣り合う前記並列共振部同士を接続する第1接続部と、を有する第1エレメントと、
前記第1エレメントと接続される第2エレメントと、を備え、
前記第1エレメントと、前記第2エレメントとで前記第1周波数帯とは異なる第2周波数帯の電波に対応し、
前記第1接続部は、集中定数回路であり、
前記集中定数回路は、前記第1周波数帯及び前記第2周波数帯と異なる第3周波数帯で共振する、
アンテナ。 - 前記第1接続部によって接続される前記複数の並列共振部の接続経路は蛇行している、
請求項3に記載のアンテナ。 - 前記第1エレメントは、基材を有し、
前記複数の並列共振部は前記基材に設けられている、
請求項1から4のいずれか一項に記載のアンテナ。 - 前記並列共振部の最大寸法が、前記第1周波数帯の波長の10分の1以下である、
請求項1から5のいずれか一項に記載のアンテナ。 - 前記第1接続部の長さが、前記第1周波数帯の波長の10分の1以下である、
請求項1から6のいずれか一項に記載のアンテナ。 - 前記並列共振部の平面視において、前記並列共振部の外形は、四辺形、多角形、円形、楕円形、半円形、及び半楕円形のいずれかの形状又はいずれかの形状の組み合わせである、
請求項1から7のいずれか一項に記載のアンテナ。 - 前記並列共振部は、
互いに対向するように位置する一対の導電体を有するキャパシタと、
前記キャパシタに並列に接続されるインダクタと、を有する、
請求項1から8のいずれか一項に記載のアンテナ。 - 前記インダクタは、前記一対の導電体の一方の導電体と他方の導電体とを接続する第2接続部を有し、
前記並列共振部の平面視において、前記第2接続部は、前記並列共振部の外形の外縁よりも前記外形の中心の側に位置する、
請求項9に記載のアンテナ。 - 前記第1エレメントは、基材を有し、
前記並列共振部は、
キャパシタとして動作する第1導電体及び第2導電体と、
インダクタとして動作するとともに、前記第1導電体から延在する第1腕部及び前記第2導電体から延在する第2腕部と、
前記第1腕部及び前記第2腕部を接続する第2接続部と、を有し、
前記第1導電体及び前記第1腕部は、前記基材の第1面に位置し、
前記第2導電体及び前記第2腕部は、前記基材の前記第1面に対向する第2面に位置する、
請求項1から9のいずれか一項に記載のアンテナ。 - 前記並列共振部の平面視において、前記第2接続部は、前記並列共振部の外形の外縁よりも前記外形の中心の側に位置する、
請求項11に記載のアンテナ。 - 前記複数の並列共振部は、第1並列共振部と、第2並列共振部と、第3並列共振部と、を有し、
前記第1並列共振部と前記第2並列共振部とが隣り合い、前記第2並列共振部と前記第3並列共振部とが隣り合うように配置され、
前記第2並列共振部は、前記第1並列共振部と前記第2並列共振部とを接続する第1接続領域と、前記第2並列共振部と前記第3並列共振部とを接続する第2接続領域と、を有し、
前記第1接続領域は、前記基材の前記第1面に位置し、
前記第2接続領域は、前記基材の前記第2面に位置する、
請求項11又は12に記載のアンテナ。 - 前記第2接続領域は、前記第2面において前記第1接続領域に対向する領域以外に位置する、
請求項13に記載のアンテナ。 - 前記並列共振部の平面視において、前記第2接続領域は、前記第2面において前記第1接続領域と対向する領域に対して、前記並列共振部の外形の中心を通る直線を軸とした線対称、又は、前記並列共振部の外形の中心における点対称となる領域に位置する、
請求項14に記載のアンテナ。 - 前記第1接続領域及び前記第2接続領域の少なくとも一方に、別の並列共振部が接続されている、
請求項13から15のいずれか一項に記載のアンテナ。 - 前記並列共振部は、分布定数回路である、
請求項1から16のいずれか一項に記載のアンテナ。
Priority Applications (1)
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