特許 6873539 アンテナ装置及び無線通信装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6873539

(24)【登録日】2021年4月23日

(45)【発行日】2021年5月19日

(54)【発明の名称】アンテナ装置及び無線通信装置

(51)【国際特許分類】

   H01Q 9/04 20060101AFI20210510BHJP

【ＦＩ】

   H01Q9/04

【請求項の数】4

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2017-5228(P2017-5228)

(22)【出願日】2017年1月16日

(65)【公開番号】特開2018-117182(P2018-117182A)

(43)【公開日】2018年7月26日

【審査請求日】2020年1月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004330

【氏名又は名称】日本無線株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100126561

【弁理士】

【氏名又は名称】原嶋 成時郎

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 仁

(72)【発明者】

【氏名】三浦 庸平

(72)【発明者】

【氏名】柴沼 徹

【審査官】 鈴木 肇

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１０／０２３７７８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１１−０３０１９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１６９８２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１２２５５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２８８９１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５６７３０５４（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０３５６４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２６０３４３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｑ ５／００−１１／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定の周波数の無線信号を介して通信を行う無線通信装置に内蔵され、略長方形の板状の絶縁部材により形成されたグランド板に略垂直に取り付けられて前記無線信号を送受信するアンテナ装置であって、
細板状の金属部材によりコの字型で両端の間隔が前記無線信号の波長の略１０分の１の長さに形成され、一端が前記グランド板に接続され、他端が電力の供給を受ける給電部を介して前記グランド板に接続され、
前記グランド板に接続されている前記一端と前記他端とを交換可能である、
ことを特徴とするアンテナ装置。

【請求項2】

前記グランド板に取り付けられている縦方向の位置は、前記グランド板を縦方向に配設したときの上部であり、
前記グランド板に取り付けられている横方向の位置は、略中央の位置である、
ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。

【請求項3】

前記給電部には、インダクタ及びコンデンサにより構成されているマッチング回路が配設されている、
ことを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載のアンテナ装置。

【請求項4】

請求項１ないし３のいずれか１項に記載のアンテナ装置が前記グランド板に取り付けられて内蔵されている、
ことを特徴とする無線通信装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、円偏波信号を送受信することが可能なアンテナ装置及び無線通信装置に関する。

【背景技術】

【0002】

全地球測位システム（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ：ＧＰＳ）では、衛星から送信される信号として円偏波信号を使用している。そのため、ＧＰＳで使用されているＧＰＳ信号を受信して測位情報として使用するような無線通信装置では、円偏波信号を送受信する必要がある。しかしながら、例えば携帯電話では、直線偏波信号を使用している。そこで、携帯電話でＧＰＳ信号を受信することを可能にするため、携帯電話に円偏波信号を受信可能なチップアンテナを配設したチップアンテナ装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

【0003】

例えば、図６（ａ）に示すようなアンテナ装置１００は、無線通信装置に内蔵されて無線信号（例えば、ＧＰＳ信号）を送受信するための装置であり、細板状の金属部材により逆Ｌ字型に形成されている。このアンテナ装置１００は、主として脚部１０１と、脚部１０１から略直角に折り曲げられて延設されている延設部１０２と、脚部１０１の底側に配設されて電力を供給する給電部１０３とにより構成され、略長方形に形成されたグランド板１１０の上辺側に取り付けられている。また、アンテナ装置１００が取り付けられたグランド板１１０は、無線通信装置に内蔵されている。このアンテナ装置１００の等価回路を図６（ｂ）に示す。このように、この等価回路は、脚部１０１が給電部１０３を介して１点のみがグランドＧに接地されている。

【0004】

また、例えば、図７（ａ）に示すようなアンテナ装置２００は、アンテナ装置１００と同様に無線通信装置に内蔵されて無線信号を送受信するための装置であり、細板状の金属部材により逆Ｆ字型に形成されている。このアンテナ装置２００は、主として脚部２０１，２０２と、脚部２０１から略直角に折り曲げられて延設され、脚部２０２に接続されてさらに延設されている延設部２０３と、脚部２０１の底側に配設されて電力を供給する給電部２０４とにより構成され、略長方形に形成されたグランド板２１０の上辺側に取り付けられている。また、アンテナ装置２００が取り付けられたグランド板２１０は、グランド板１１０と同様に無線通信装置に内蔵されている。このアンテナ装置２００の等価回路を図７（ｂ）に示す。このように、この等価回路は、脚部２０１が給電部２０４を介してグランドＧに接地されて、さらに脚部２０２が直接グランドＧに接地され、２点でグランドＧに接地されている。また、脚部２０１と脚部２０２との距離は、ｄ２だけ離隔するように形成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００８−０１１３３６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、アンテナ装置１００，２００のような構成の場合、放射パターンにヌルが生じ、衛星通信が不安定になることがあった。例えば、図６（ａ）に示すようなアンテナ装置１００の右旋回円偏波利得の解析結果を図８に示す。図８は、図６（ａ）に示すようなアンテナ装置１００がＸ−Ｚ面及びＹ−Ｚ面に生成する放射パターンであり、Ｘ−Ｚ面は無線通信装置の正面側を左側に向けた状態であり、Ｙ−Ｚ面は無線通信装置の正面側を正面に向けた状態である。図８に示す波形Ｃ３がＸ−Ｚ面に生成する放射パターンであり、波形Ｃ４がＹ−Ｚ面に生成する放射パターンである。波形Ｃ３及び波形Ｃ４に示すように、天頂方向にヌルが生じていることが分かる。そのため、衛星通信が不安定になる、という問題があった。

【0007】

そこで本発明は、従来のアンテナ装置の構成を大幅に変更することなく、円偏波信号を送受信することが可能なアンテナ装置及び無線通信装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、所定の周波数の無線信号を介して通信を行う無線通信装置に内蔵され、略長方形の板状の絶縁部材により形成されたグランド板に略垂直に取り付けられて前記無線信号を送受信するアンテナ装置であって、細板状の金属部材によりコの字型で両端の間隔が前記無線信号の波長の略１０分の１の長さに形成され、一端が前記グランド板に接続され、他端が電力の供給を受ける給電部を介して前記グランド板に接続され、前記グランド板に接続されている前記一端と前記他端とを交換可能である、ことを特徴とする。

【0009】

この発明では、アンテナ装置は、細板状の金属部材によりコの字型で両端の間隔が無線信号の波長の略１０分の１の長さに形成され、一端がグランド板に接続され、他端が電力の供給を受ける給電部を介してグランド板に接続されている。

【0010】

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のアンテナ装置において、前記グランド板に取り付けられている縦方向の位置は、前記グランド板を縦方向に配設したときの上部であり、前記グランド板に取り付けられている横方向の位置は、略中央の位置である、ことを特徴とする。

【0011】

請求項３に記載の発明は、請求項１または２のいずれか１項に記載のアンテナ装置において、前記給電部には、インダクタ及びコンデンサにより構成されているマッチング回路が配設されている、ことを特徴とする。

【0013】

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のアンテナ装置が前記グランド板に取り付けられて内蔵されている、ことを特徴とする無線通信装置である。

【0014】

本願発明者は、上述のアンテナ装置における右旋回円偏波利得の解析結果によって、Ｘ−Ｚ面及びＹ−Ｚ面に生成する放射パターンのヌルが消えていることから、円偏波信号を送受信することが可能であることを確認した。

【発明の効果】

【0015】

請求項１及び４に記載の発明によれば、アンテナ装置が、細板状の金属部材によりコの字型で両端の間隔が無線信号の波長の略１０分の１の長さに形成され、一端がグランド板に接続され、他端が電力の供給を受ける給電部を介してグランド板に接続されているので、アンテナ装置とグランド板とが一体化し、アンテナ装置に流れる電流とグランド板に流れる電流分布との相乗効果により、円偏波信号を送受信することが可能になる。また、アンテナ装置がグランド板に対して略垂直に取り付けられるので、余計なスペースを使用することがない。さらに、アンテナ装置が金属部材により形成されており、誘電体を使用しないので、コストの低減化が図れる。請求項１及び４に記載の発明によれば、また、グランド板に接続されている一端、すなわちグランド板に直接接続されている箇所と、他端、すなわち給電部を介してグランド板に接続されている箇所とを変更可能であるので、右旋回円偏波と左旋回円偏波とを切り替えることが可能になる。

【0016】

請求項２に記載の発明によれば、アンテナ装置がグランド板に取り付けられている縦方向の位置は、前記グランド板を縦方向に配設したときの上部であり、横方向の位置は略中央の位置であるので、無線通信装置の天頂方向に対して放射が大きくなる。これにより、円偏波信号を送受信することが可能になる。また、等方向に近い放射パターンであるため、無線通信装置が倒れている状態でも通信が可能になる。

【0017】

請求項３に記載の発明によれば、給電部にインダクタ及びコンデンサにより構成されているマッチング回路が配設されているので、電圧定在波比（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｔａｎｄｉｎｇ Ｗａｖｅ Ｒａｔｉｏ：ＶＳＷＲ）を最良点に調整することが可能になる。また、無線信号の周波数の変更にも対応可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】この発明の実施の形態に係るアンテナ装置１及び無線通信装置２０の概略を示す図であり、無線通信装置２０に内蔵されているアンテナ装置１を示す斜視図（ａ）、及び図（ａ）のアンテナ装置１及びグランド板２４の平面図、正面図、及び右側面図（ｂ）である。

【図2】図１のアンテナ装置１の等価回路を示す回路構成図である。

【図3】図１の給電部４に配設されたマッチング回路１０の等価回路を示す回路構成図である。

【図4】図１のアンテナ装置１がＸ−Ｚ面に生成する放射パターンを示す円座標グラフである。

【図5】図１のアンテナ装置１がＹ−Ｚ面に生成する放射パターンを示す円座標グラフである。

【図6】従来例のアンテナ装置１００の概略を示す図であり、グランド板１１０に取り付けられているアンテナ装置１００を示す斜視図（ａ）、及び図（ａ）のアンテナ装置１００の等価回路を示す回路構成図（ｂ）である。

【図7】従来例のアンテナ装置２００の概略を示す図であり、グランド板２１０に取り付けられているアンテナ装置２００を示す斜視図（ａ）、及び図（ａ）のアンテナ装置２００の等価回路を示す回路構成図（ｂ）である。

【図8】図６（ａ）のアンテナ装置１００がＸ−Ｚ面及びＹ−Ｚ面に生成する放射パターンを示す円座標グラフである。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。

【0021】

この発明の実施の形態に係るアンテナ装置１は、図１（ａ）に破線で示すような無線通信装置２０に内蔵されて無線信号（例えば、ＧＰＳ信号）を送受信するための装置である。無線通信装置２０は、無線信号を介して通信を行う装置であり、例えば、各種番号の入力等を行うための操作部２１と、操作部２１による入力情報や無線通信装置２０の動作状態を表示する表示部２２と、音声出力を行うための音声出力部２３と、接続されている各種素子の等電位面であるグランド板２４とにより構成されている。グランド板２４は、縦長の略長方形の板状の絶縁部材により形成され、図１（ａ）に示すように無線通信装置２０が縦方向に載置された時に、略垂直に直立するように内蔵されている。

【0022】

アンテナ装置１は、図１（ｂ）に示すように、細板状の金属部材によりコの字型に形成され、主として脚部２，３と、延設部４と、給電部５とにより構成され、グランド板２４に対して略垂直に取り付けられている。脚部２，３は、コの字型に形成された細板状の金属部材の両端部であり、脚部２と脚部３とは、略平行に形成されている。この脚部２と脚部３との距離は、図１（ｂ）に示すようにｄ１であり、無線信号の波長λの略１０分の１の長さであり、図７（ｂ）に示すｄ２と比較して十分長い距離になっている。また、脚部２及び脚部３の長さは、例えば、数ｍｍ程度に形成されている。延設部４は、脚部２から略直角に折り曲げられて延設され、脚部３に接続されている部材である。給電部５は、脚部２の底側に配設されて電力を供給する箇所である。

【0023】

このアンテナ装置１がグランド板２４に取り付けられている位置は、図１（ｂ）に示すように、無線通信装置２０が縦方向に載置された時、すなわち、グランド板２４が略垂直に直立している状態の時の上部であり、横方向の略中央である。具体的には、グランド板２４の上辺からの距離ｈは、グランド板２４の上辺から下辺までの長さＨに対して、
０＜ｈ≦Ｈ／２
の範囲になるように設定されており、できる限り上辺の近傍に取り付けられていることが好ましい。

【0024】

このアンテナ装置１の等価回路を図２に示す。この等価回路は、脚部２が給電部５を介してグランドＧに接地されて、さらに脚部３が直接グランドＧに接地され、２点でグランドＧに接地されている。このときの脚部２と脚部３との距離は上述のようにｄ１（≒λ／１０）であり、図７（ｂ）に示す脚部２０１と脚部２０２との距離よりも長くなっている。これにより、天頂方向に対して放射が大きくなる効果がある。なお、グランド板２４における脚部２及び脚部３の接続位置は、交換可能になっている。

【0025】

また、このアンテナ装置１の延設部４には、図３に示すようなマッチング回路１０が配設されている。このマッチング回路１０の等価回路は、送受信信号１１と、アンテナ装置１２との間に、インダクタＬ及びコンデンサＣが配設されて構成されている。このマッチング回路１０は、アンテナ装置１２の長さが無線信号の波長λに比べて短いので給電するために設けられているが、電圧定在波比（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｔａｎｄｉｎｇ Ｗａｖｅ Ｒａｔｉｏ：ＶＳＷＲ）を最良点に調整することが可能になり、また、無線信号の周波数に変更があった場合にも対応可能にするものである。

【0026】

次に、このようなアンテナ装置１及び無線通信装置２０の作用等について説明する。

【0027】

本願発明者は、アンテナ装置１及び無線通信装置２０における右旋回円偏波利得の解析結果によって、Ｘ−Ｚ面及びＹ−Ｚ面に生成する放射パターンのヌルが消えていることを確認し、このことから、円偏波信号を送受信することが可能であることを確認した。この結果について、図４及び図５を用いて説明する。なお、このアンテナ装置１は、例として右旋回円偏波を放射する特性を有しているものとして説明する。

【0028】

図１（ａ）、（ｂ）に示すようなアンテナ装置１の右旋回円偏波利得の解析結果を、図４及び図５に示す。図４は、図１（ａ）、（ｂ）に示すアンテナ装置１がＸ−Ｚ面に生成する放射パターンであり、Ｘ−Ｚ面は無線通信装置の正面側を左側に向けた状態である。図５は、図１（ａ）、（ｂ）に示すアンテナ装置１がＹ−Ｚ面に生成する放射パターンであり、Ｙ−Ｚ面は無線通信装置の正面側を正面に向けた状態である。なお、このとき、図１に示すグランド板２４の寸法は無線信号の波長λ換算で、縦の長さＨは０．６３λ、横幅は０．２６λである。

【0029】

図４に示す、アンテナ装置１がＸ−Ｚ面に生成する放射パターンの波形Ｃ１と、図８に示す波形Ｃ３とを比較すると、波形Ｃ３に生じていたヌルが、波形Ｃ１では発生していないことが分かる。また、図５に示す、アンテナ装置１がＹ−Ｚ面に生成する放射パターンの波形Ｃ２と、図８に示す波形Ｃ４とを比較すると、同様に、波形Ｃ４に生じていたヌルが、波形Ｃ２では発生していないことが分かる。これは、アンテナ装置１がグランド板２４に取り付けられることで一体化し、アンテナ装置１に流れる電流と、グランド板２４に流れる電流との相乗効果により、略等方向に放射するのに寄与するからである。このように、アンテナ装置１がＸ−Ｚ面及びＹ−Ｚ面に生成する放射パターンのヌルが消えているため、円偏波信号を送受信することが可能である。

【0030】

以上のように、このアンテナ装置１及び無線通信装置２０によれば、アンテナ装置１が細板状の金属部材によりコの字型に形成され、脚部２と脚部３との距離がｄ１であり、無線信号の波長λの略１０分の１の長さであり、脚部２が給電部５を介してグランドＧに接地され、脚部３が直接グランドＧに接地されているため、アンテナ装置１がグランド板２４に取り付けられることで一体化し、アンテナ装置１に流れる電流と、グランド板２４に流れる電流との相乗効果により、円偏波信号を送受信することが可能になる。また、アンテナ装置１がグランド板２４に対して略垂直に取り付けられるので、余計なスペースを使用することがなくなる。さらに、市販のチップアンテナは誘電体を使用するため高価なものとなっているが、アンテナ装置１が金属部材により形成されており、誘電体を使用しないので、コストの低減化が図れる。

【0031】

また、アンテナ装置１がグランド板２４に取り付けられている位置は、無線通信装置２０が縦方向に載置された時の上辺から距離ｈ（０＜ｈ≦Ｌ／２）だけ離隔した箇所であり、横方向の略中央であるため、無線通信装置２０の天頂方向に対して放射が大きくなる。これにより、円偏波信号を送受信することが可能になる。また、等方向に近い放射パターンであるため、無線通信装置２０が倒れている状態でも通信が可能になる。

【0032】

さらに、グランド板２４における脚部２及び脚部３の接続位置は、交換可能になっているため、アンテナ装置１の特性を、右旋回円偏波と左旋回円偏波との間で切り替えることが可能になる。

【0033】

以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、上記の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、上記の実施の形態では、アンテナ装置１が縦長の略長方形に形成されているグランド板２４に取り付けられているが、このグランド板２４は、横長の略長方形に形成しても、略正方形に形成しても良い。この形状は、無線通信装置２０に依存されることになるが、上記の実施の形態と同様の効果が得られる。

【符号の説明】

【0034】

１ アンテナ装置
２，３ 脚部
４ 延設部
５ 給電部
２０ 無線通信装置
２１ 操作部
２２ 表示部
２３ 音声出力部
２４ グランド板
Ｃ コンデンサ
Ｌ インダクタ
１００ アンテナ装置
１０１ 脚部
１０２ 延設部
１０３ 給電部
１１０ グランド板
２００ アンテナ装置
２０１，２０２ 脚部
２０３ 延設部
２０４ 給電部
２１０ グランド板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】