特許 6041966 複合パッチアンテナ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6041966

(24)【登録日】2016年11月18日

(45)【発行日】2016年12月14日

(54)【発明の名称】複合パッチアンテナ装置

(51)【国際特許分類】

   H01Q 13/08 20060101AFI20161206BHJP

   H01Q 5/35 20150101ALI20161206BHJP

   H01Q 21/24 20060101ALI20161206BHJP

   H01Q 5/42 20150101ALI20161206BHJP

【ＦＩ】

   H01Q13/08

   H01Q5/35

   H01Q21/24

   H01Q5/42

【請求項の数】3

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2015-227104(P2015-227104)

(22)【出願日】2015年11月19日

【審査請求日】2016年1月13日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000165848

【氏名又は名称】原田工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100124257

【弁理士】

【氏名又は名称】生井 和平

(72)【発明者】

【氏名】飯野 慎治

【審査官】 米倉 秀明

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−２４９８１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−３５０３３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／００７３２３６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−２１９５７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０４８３６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２６７８３３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｑ １３／０８

Ｈ０１Ｑ ５／３５

Ｈ０１Ｑ ５／４２

Ｈ０１Ｑ ２１／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の周波数帯の信号を受信可能な複合パッチアンテナ装置であって、該複合パッチアンテナ装置は、
外部機器からのケーブルが接続されアンプ回路が載置され、第１周波数帯用の第１給電部と、第１周波数帯よりも低い第２周波数帯用の第２給電部とを有すると共に、アンプ回路が載置される面と反対側の面に配置されるベタアースを有する回路基板と、
前記回路基板に対して所定のエアギャップを介して平行に配置され略中央を貫通する孔部を有し回路基板のベタアースと共に円偏波マイクロストリップアンテナを構成する放射エレメントと、放射エレメントと同一部材で構成され放射エレメントの周縁部から延在し回路基板の第１給電部に接続される第１給電線とを有する、第１周波数帯に対応するギャップ型パッチアンテナと、
前記ギャップ型パッチアンテナの放射エレメント上に電気的に絶縁された状態で積層され、貫通孔を有する誘電体層と、誘電体層の一方の面上に配置される放射電極と、誘電体層の他方の面上に配置され誘電体層の貫通孔に対応する位置に孔部を有するグラウンド電極と、放射電極に接続され誘電体層の貫通孔とグラウンド電極の孔部とギャップ型パッチアンテナの放射エレメントの孔部とを貫通して回路基板の第２給電部に接続される第２給電線とを有する、第２周波数帯に対応する誘電体型パッチアンテナと、
を具備することを特徴とする複合パッチアンテナ装置。

【請求項2】

請求項１に記載の複合パッチアンテナ装置において、前記誘電体型パッチアンテナは、ギャップ型パッチアンテナの放射エレメントに対して第２給電線を中心にアンテナ特性が向上するような所定の角度で放射電極が回転されて配置されることを特徴とする複合パッチアンテナ装置。

【請求項3】

請求項１又は請求項２に記載の複合パッチアンテナ装置において、前記回路基板に接続されるケーブルは、その長手方向が回路基板の周縁部に対して垂直になるように接続され、ギャップ型パッチアンテナの第１給電線は、回路基板に接続されるケーブルの長手方向の延長軸に対して垂直方向の放射エレメントの周縁部から延在することを特徴とする複合パッチアンテナ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は複合パッチアンテナ装置に関し、特に、パッチアンテナを積層して複数の周波数帯の信号を受信可能な複合パッチアンテナ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近来から車両には種々のアンテナが搭載されている。例えば、ラジオやテレビ、携帯電話、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ：全地球航法衛星システム）、ＥＴＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｏｌｌ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ：自動料金収受システム）、ＶＩＣＳ（登録商標）（Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ：道路交通情報通信システム）といった、種々の通信を実現するために必要なアンテナが車載されている。車両ルーフが受信条件としては最も好ましいが、美観が損なわれたり取り付け作業も煩雑となる。このため、車内のダッシュボード内にアンテナを収容したり、ガラスに貼付したりしている。そして、近来の車両は軽量化が課題となっており、アンテナ装置に対しても小型化が求められている。

【0003】

また、近来、ＧＰＳアンテナから取得した位置情報と、ＤＳＲＣ（Ｄｅｄｉｃａｔｅｄ Ｓｈｏｒｔ Ｒａｎｇｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）アンテナにより路側帯から入手した渋滞等の情報とを組み合わせ、総合的な安全運転支援等のサービスの運用が進められている。このようなシステムでは、位置計測用のＧＰＳアンテナと、渋滞情報等取得用のＤＳＲＣアンテナとが、それぞれ必要となる。しかしながら、複数のアンテナを車載すると、取付面積が増えたり取付作業が煩雑になるという問題がある。そこで、複数のアンテナを集約して小型化した複合アンテナ装置の開発もされている（特許文献１）。これは、ＧＰＳ用のループアンテナのループの内側にＥＴＣ用のパッチアンテナを配置したものである。また、複数の周波数帯の信号を受信可能とするために、セラミックや誘電体基板等を用いた複数のパッチアンテナを積層したスタックアンテナも知られている（特許文献２−４）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００３−１６３５３１号公報

【特許文献2】特開２０１０−２２６６３３号公報

【特許文献3】特開２００１−２４４７２６号公報

【特許文献4】特開平６−３５０３３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、従来のスタックアンテナは、何れもダッシュボード内に設置するために設計されたものであり、これまでのＥＴＣ用のパッチアンテナのように、誘電体型パッチアンテナを用いていると、例えば車両のフロントガラス等に貼付した場合、誘電体であるガラスの影響を受けて十分な利得、軸比の帯域幅を確保できなかった。また、セラミック等の誘電体を用いたＥＴＣ用のパッチアンテナは、帯域が狭いため積層して用いるのにも向かなかった。

【0006】

本発明は、斯かる実情に鑑み、小型化が可能で帯域が広く、ダッシュボード内蔵にもガラス貼付にも用いることが可能な複合パッチアンテナ装置を提供しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上述した本発明の目的を達成するために、本発明による複合パッチアンテナ装置は、外部機器からのケーブルが接続されアンプ回路が載置され、第１周波数帯用の第１給電部と、第１周波数帯よりも低い第２周波数帯用の第２給電部とを有する回路基板と、回路基板に対して所定のエアギャップを介して平行に配置され略中央を貫通する孔部を有する放射エレメントと、放射エレメントに接続され回路基板の第１給電部に接続される第１給電線とを有する、第１周波数帯に対応するギャップ型パッチアンテナと、ギャップ型パッチアンテナの放射エレメント上に絶縁状態で積層され、貫通孔を有する誘電体層と、誘電体層上に配置される放射電極と、放射電極に接続され誘電体層の貫通孔とギャップ型パッチアンテナの放射エレメントの孔部とを貫通して回路基板の第２給電部に接続される第２給電線とを有する、第２周波数帯に対応する誘電体型パッチアンテナと、を具備するものである。

【0008】

ここで、誘電体型パッチアンテナは、ギャップ型パッチアンテナの放射エレメントに対して第２給電線を中心に所定の角度で放射電極が回転されて配置されるものであれば良い。

【0009】

また、ギャップ型パッチアンテナの第１給電線は、放射エレメントの周縁部から延在するものであれば良い。

【0010】

また、ギャップ型パッチアンテナの第１給電線は、放射エレメントと同一部材で構成されるものであっても良い。

【0011】

また、ギャップ型パッチアンテナの第１給電線は、回路基板に接続されるケーブルの長手方向に対して放射エレメントの中心から見て平行とならない周縁部から延在するものであれば良い。

【発明の効果】

【0012】

本発明の複合パッチアンテナ装置には、小型化が可能で帯域が広く、ダッシュボード内蔵にもガラス貼付にも用いることが可能であるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、本発明の複合パッチアンテナ装置を説明するための概略分解斜視図である。

【図2】図２は、本発明の複合パッチアンテナ装置を説明するための中心付近の概略横断面図である。

【図3】図３は、本発明の複合パッチアンテナ装置のＥＴＣ／ＤＳＲＣ帯域における利得・軸比特性グラフである。

【図4】図４は、本発明の複合パッチアンテナ装置の他の例を説明するための概略上面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明を実施するための形態を図示例と共に説明する。図１は、複数の周波数帯の信号を受信可能な本発明の複合パッチアンテナ装置を説明するための概略分解斜視図である。また、図２は、本発明の複合パッチアンテナ装置を説明するための中心付近の概略横断面図である。図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表している。また、図２ではケースを省略している。図示の通り、本発明の複合パッチアンテナ装置は、回路基板１０と、ギャップ型パッチアンテナ２０と、誘電体型パッチアンテナ３０とから主に構成されている。そして、これらが積層されてケース１，２内に収容されている。また、ケーブル５は、ＤＳＲＣ送受信機等の外部機器（図示せず）に接続されている。

【0015】

回路基板１０は、外部機器からのケーブル５が接続され、図２に示されるように、アンプ回路１１が載置されている。回路基板１０は、第１周波数帯用の第１給電部１２と、第１周波数帯よりも低い第２周波数帯用の第２給電部１３とを有する。具体的には、第１周波数帯は、例えばＥＴＣ／ＤＳＲＣ用の５．８ＧＨｚ帯である。また、第２周波数帯は、例えばＧＰＳ用の１．５ＧＨｚ帯である。また、回路基板１０は、一方の面にベタアース１４が配置されている。図２に示されるように、アンプ回路１１が裏面に載置され、アンプ回路１１が載置される面と反対側の面にベタアース１４が配置されている。なお、アンプ回路１１はＩＣチップによるものであってもディスクリート部品等により組まれたものであっても良い。ベタアース１４は、アンプ回路１１等の回路基板１０に載置される電気回路のグラウンドとなるものである。また、ベタアース１４は、後述のギャップ型パッチアンテナ２０の地板としての機能も有するものである。第１給電部１２や第２給電部１３は、ベタアース１４とは電気的に絶縁された状態でスルーホール等で設けられれば良い。

【0016】

ギャップ型パッチアンテナ２０は、第１周波数帯に対応するアンテナである。例えば、ギャップ型パッチアンテナ２０は、ＥＴＣ／ＤＳＲＣ用のアンテナである。ギャップ型パッチアンテナ２０は、放射エレメント２１と、第１給電線２２とを有している。放射エレメント２１は、回路基板１０に対して所定のエアギャップＧを介して平行に配置されている。このように配置されることで、放射エレメント２１は、回路基板１０のベタアース１４と共にマイクロストリップアンテナを構成する。第１給電線２２は、放射エレメント２１に接続され回路基板１０の第１給電部１２に接続される。

【0017】

ここで、放射エレメント２１は、具体的には主要部が一辺λ／２長の略方形状であり、１点給電型の円偏波パッチアンテナとするために、縮退分離素子部２３がその対角の角部領域に装荷されている。縮退分離素子部２３は、放射エレメント２１で発生する直交する２つの偏波のバランスをずらすためのものであるため、切り欠きや突出部等であれば良い。さらに、放射エレメント２１は、放射エレメント２１の略中央を貫通する孔部２５を有している。孔部２５は、後述するが、第２給電線３３が電気的に絶縁された状態で貫通するものである。放射エレメント２１は、例えば銅板を切り出す等する板金加工により形成されれば良い。

【0018】

また、第１給電線２２は、回路基板１０の第１給電部１２に接続される。ここで、図示例では、第１給電線２２は、放射エレメント２１の周縁部から延在する例を示した。具体的には、回路基板１０に接続されるケーブル５の長手方向に対して放射エレメント２１の中心から見て平行とならない周縁部から延在している。具体的には、ケーブル５側の辺とは異なる横側の辺から延在している。これにより、ケーブル５との干渉を避けている。本発明では、第１給電線２２はケーブル５との相互影響を受けない程度に構成されていれば良いため、ケーブル５の真上等を避けて配置されていれば良い。

【0019】

第１給電線２２は、例えば放射エレメント２１と同一部材で構成されれば良い。即ち、例えば銅板を切り出した後、折り曲げる等する板金加工により放射エレメント２１と第１給電線２２とを一体形成することが可能である。これにより、ギャップ型パッチアンテナ２０の放射エレメント２１を有効活用できると共に、第１給電線２２の給電位置による導体損失も最小限に抑えられる。

【0020】

誘電体型パッチアンテナ３０は、ギャップ型パッチアンテナ２０上に電気的に絶縁された状態で積層されるものである。図示例では、ギャップ型パッチアンテナ２０の放射エレメント２１上に積層されている。例えば、両面テープ等の粘着剤７で電気的に絶縁された状態で載置されれば良い。そして、誘電体型パッチアンテナ３０は、第２周波数帯に対応するものである。例えば、誘電体型パッチアンテナ３０は、ＧＰＳ用のアンテナである。誘電体型パッチアンテナ３０は、誘電体層３１と、放射電極３２と、第２給電線３３とを有する。誘電体層３１は、貫通孔３４を有している。貫通孔３４には、第２給電部３３が貫通するように構成されている。誘電体層３１は、例えばセラミック板からなるものであれば良い。

【0021】

ここで、放射電極３２は、誘電体層３１の一方の面に配置されている。具体的には、ギャップ型パッチアンテナ２０の放射エレメント２１側に対向する誘電体層３１の面に配置されている。具体的には、放射電極３２は一辺が約１１ｍｍの正方形である。放射電極３２についても、１点給電型の円偏波パッチアンテナとするために、縮退分離素子部がその対角の角部領域に装荷されている。また、図示例では、誘電体層３１の他方の面には、グラウンド電極３５が配置されている。グラウンド電極３５は、誘電体層３１の貫通孔３４に対応する孔部３６を有している。ここで、放射電極３２は、グラウンド電極３５と共にマイクロストリップアンテナを構成する。なお、本発明の複合パッチアンテナ装置は、これに限定されず、誘電体型パッチアンテナ３０の放射電極３２は、回路基板１０のベタアース１４と共にマイクロストリップアンテナを構成するようにしても良い。

【0022】

また、第２給電線３３は、放射電極３２に接続されている。具体的には、第２給電線３３は、放射電極３２の略中央に接続されているが、より具体的には中心からは少しずらして接続されている。これは右旋円偏波を受信するためである。そして、第２給電線３３は、誘電体層３１の貫通孔３４とギャップ型パッチアンテナ２０の放射エレメント２１の孔部２５とを貫通して回路基板１０の第２給電部１３に接続されている。より具体的には、放射電極３２の略中央に接続される第２給電線３３は、真下、即ち回路基板１０側に向かって誘電体層３１の貫通孔３４を通り、グラウンド電極３５の孔部３６を通ると共に、さらにギャップ型パッチアンテナ２０の放射エレメント２１の孔部２５を貫通して回路基板１０の第２給電部１３に接続されている。このように、第２給電線３３は、グラウンド電極３５の孔部３６だけでなく、ギャップ型パッチアンテナ２０の放射エレメント２１の孔部２５に対しても、電気的に結合せず絶縁された状態で放射電極３２から直線的に第２給電部１３に接続されている。ギャップ型パッチアンテナ２０の放射エレメント２１の孔部２５は、グラウンド電極３５の孔部３６よりも大きいものである。孔部２５の大きさを、第２給電線３３に影響を及ぼさない程度に大きくすることで、ギャップ型パッチアンテナ２０のアンテナ性能を向上させることが可能である。

【0023】

本発明の複合パッチアンテナ装置は、このようにギャップ型パッチアンテナ２０と誘電体型パッチアンテナ３０とを積層することにより、小型化が可能となり省スペースなダッシュボード内にも配置することが可能となる。また、このような構成の本発明のパッチアンテナ装置をガラスに貼付しても、従来の一般的なパッチアンテナ装置と比べＥＴＣ／ＤＳＲＣの使用帯域にわたって軸比特性が良くなる。

【0024】

なお、本発明の複合パッチアンテナ装置は、必要により回路基板１０のアンプ回路１１側に、ＬＥＤやスピーカ等を配置しても良い。これにより、複合パッチアンテナ装置を車両のフロントガラスに貼付した際に、運転者に対して光や音で所定の情報を伝達させるように構成することも可能である。

【0025】

図３は、本発明の複合パッチアンテナ装置のＥＴＣ／ＤＳＲＣ帯域における利得・軸比特性グラフである。図示例は、本発明の複合パッチアンテナ装置のギャップ型パッチアンテナの部分の利得・軸比特性と、比較例の単体のギャップ型パッチアンテナの利得・軸比特性を比較するためのものである。即ち、本発明の複合パッチアンテナ装置のギャップ型パッチアンテナ部分のＥＴＣ／ＤＳＲＣ帯域における特性と、比較例の一般的なギャップ型パッチアンテナ単体のＥＴＣ／ＤＳＲＣ帯域における特性の比較である。図３では、ダッシュボード内に配置した場合（ａ）とガラス上に配置した場合（ｂ）のそれぞれについて比較した。実線が本発明のものであり、破線が比較例のものである。

【0026】

図示の通り、本発明の複合パッチアンテナ装置は、ダッシュボード内だけでなくガラス上に配置した場合であっても、比較例と比べて利得も軸比も良くなっていることが分かる。したがって、本発明の複合パッチアンテナ装置は、ダッシュボード内蔵にもガラス貼付にも用いることが可能である。

【0027】

次に本発明の複合パッチアンテナ装置の更なる特性向上について説明する。図４は、本発明の複合パッチアンテナ装置の他の例を説明するための概略上面図である。図中、図１や図２と同一の符号を付した部分は同一物を表している。また、図４ではケースを省略している。図示例では、誘電体型パッチアンテナ３０が、ギャップ型パッチアンテナ２０の放射エレメント２１に対して第２給電線３３を中心に所定の角度で放射電極３２が回転されて配置されている。なお、図示の通り第２給電線３３は、放射エレメント２１の中央付近に配置された孔部２５を貫通するように配置されている。放射電極３２の回転については、最も簡単には、図示例のように、誘電体型パッチアンテナ３０自体を第２給電線３３を中心に所定の角度で回転させれば良い。しかしながら本発明はこれに限定されず、誘電体層３１はそのままに、放射電極３２が回転された状態で誘電体層３１上に配置されても良い。このように所定の角度で誘電体型パッチアンテナ３０が回転されると、ギャップ型パッチアンテナ２０の特性を調整することが可能となる。より具体的には、例えば放射電極３２が２５度傾けた状態となるときに、最もアンテナ特性が良くなった。このように、本発明の複合パッチアンテナ装置は、誘電体型パッチアンテナの配置角度によりアンテナ特性を調整することも可能である。

【0028】

なお、本発明の複合パッチアンテナ装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本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。

【符号の説明】

【0029】

１，２ ケース
５ ケーブル
７ 粘着剤
１０ 回路基板
１１ アンプ回路
１２ 第１給電部
１３ 第２給電部
１４ ベタアース
２０ ギャップ型パッチアンテナ
２１ 放射エレメント
２２ 第１給電線
２３ 縮退分離素子部
２５ 孔部
３０ 誘電体型パッチアンテナ
３１ 誘電体層
３２ 放射電極
３３ 第２給電線
３４ 貫通孔
３５ グラウンド電極
３６ 孔部
３７ 縮退分離素子部

【要約】

【課題】小型化が可能で帯域が広く、ダッシュボード内蔵にもガラス貼付にも用いることが可能な複合パッチアンテナ装置を提供する。
【解決手段】複数の周波数帯の信号を受信可能な複合パッチアンテナ装置は、回路基板１０と、ギャップ型パッチアンテナ２０と、誘電体型パッチアンテナ３０とを具備する。ギャップ型パッチアンテナ２０は、回路基板１０に対して所定のエアギャップＧを介して平行に配置され略中央を貫通する孔部２５を有する放射エレメント２１を有する。誘電体型パッチアンテナ３０は、ギャップ型パッチアンテナ２０の放射エレメント２１上に電気的に絶縁された状態で積層され、放射電極３２に接続され誘電体層３１の貫通孔３４とギャップ型パッチアンテナ２０の放射エレメント２１の孔部２５とを貫通して回路基板１０の第２給電部１３に接続される第２給電線３３とを有する。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】