特開 2022-54525 全地球測位衛星システム用基板型アンテナ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022054525

(43)【公開日】2022-04-07

(54)【発明の名称】全地球測位衛星システム用基板型アンテナ

(51)【国際特許分類】

   H01Q 9/26 20060101AFI20220331BHJP

   H01Q 5/48 20150101ALI20220331BHJP

   H01Q 5/371 20150101ALI20220331BHJP

【ＦＩ】

H01Q9/26

H01Q5/48

H01Q5/371

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020161623

(22)【出願日】2020-09-28

(71)【出願人】

【識別番号】000227043

【氏名又は名称】日精株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】504327340

【氏名又は名称】株式会社フェイバライツ

(74)【代理人】

【識別番号】100208672

【弁理士】

【氏名又は名称】中島 愼一

(72)【発明者】

【氏名】金子 勉

(72)【発明者】

【氏名】唐鎌 隆久

(57)【要約】

【課題】ＱＺＳＳの精密測位を実現するために、ＱＺＳＳ独自のＬ６帯の周波数を含めた電波を受信するアンテナを提供することを目的とする。
【解決手段】基板型アンテナ１は、第１の円弧状アンテナ素子２２と第２の円弧状アンテナ素子２４とを含んで円弧状アンテナ素子２０が構成され、第１の円弧状アンテナ素子２２及び第２の円弧状アンテナ素子２４は、それぞれ、円弧状アンテナ素子２０の外周部から内周部に向けて、３つの周波数帯に対応する一体アンテナ素子と、一体アンテナ素子と間隔を隔てて配置される１つの周波数帯に対応する単体アンテナ素子と、を有し、第１の円弧状アンテナ素子２２と第２の円弧状アンテナ素子２４とがそれぞれ接合される複数の接合器３４と、複数の接合器３４が結合される結合部３０と、を有する。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
前記基板の一方の面に形成され、中心点の周囲に、２つに分割されて配置される複数の周波数帯に対応する円弧状アンテナ素子が配置される全地球測位衛星システム用基板型アンテナであって、
前記円弧状アンテナ素子は、第１の円弧状アンテナ素子と第２の円弧状アンテナ素子とを含んで構成され、
前記第１の円弧状アンテナ素子及び前記第２の円弧状アンテナ素子は、それぞれ、前記円弧状アンテナ素子の外周部から内周部に向けて、３つの周波数帯に対応する一体アンテナ素子と、前記一体アンテナ素子と間隔を隔てて配置される１つの周波数帯に対応する単体アンテナ素子と、を有し、
前記第１の円弧状アンテナ素子の一方の端部と前記第２の円弧状アンテナ素子の一方の端部とにそれぞれ接合される複数の接合器と、複数の前記接合器が結合される結合部と、を有してダイポールアンテナ型円偏波アンテナが構成される、
全地球測位衛星システム用基板型アンテナ。

【請求項2】

前記結合部は、長円形状であって複数の結合素子が間隔を隔てて形成されるとともに、複数の前記結合素子のそれぞれの一部が分断されて間隔を隔てて形成され、複数の前記接合器によって、前記結合部と前記第１の円弧状アンテナ素子と前記第２の円弧状アンテナ素子とが結合される、請求項１に記載の全地球測位衛星システム用基板型アンテナ。

【請求項3】

前記一方の面の反対側に対向して形成される他方の面に、前記結合部に対向する給電結合部を有し、受信された各周波数帯の利得が前記給電結合部で合成される、請求項１又は２に記載の全地球測位衛星システム用基板型アンテナ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、全地球測位衛星システム用基板型アンテナに関する。

【背景技術】

【0002】

今日、携帯電話に代表される移動体通信において、第５世代移動体通信システム（以下、「５Ｇ、又は５Ｇサービス」という。）により開始される高速大容量通信、信頼度の高い低遅延通信と、全地球測位衛星システム（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ
Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ（以下、「ＧＮＳＳ」という。））のひとつである、日本の準天頂衛星「みちびき」（Ｑｕａｓｉ Ｚｅｎｉｔｈ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ
Ｓｙｓｔｅｍ（以下、「ＱＺＳＳ」という。））の本格的運用による移動体通信測位の誤差を数ｃｍとする精密測位と、を組み合わせることにより、自動運転車両の自動運転、遠隔地に配置された機械設備の映像を手元で監視しながら操作を可能とする遠隔操作システム等が実現されつつある。

【0003】

特許文献１には、上部外部導体と下部外部導体との間に介在する上部絶縁層及び下部絶縁層と、前記上部外部導体の一部適宜範囲を除去して形成した開口部と、この開口部に対応する前記上部絶縁層と下部絶縁層との間に設けた渦巻き状導体より成る放射素子と、前記上部絶縁層と下部絶縁層との間に介在させると共に、前記渦巻き状導体より成る放射素子に高周波的に接続した内部導体とを備えたことを特徴とする渦巻きアンテナが記載されている。
しかしながら、特許文献１に記載された渦巻きアンテナは、アンテナ素子を二本使用するダイポールアンテナ素子形状を用いて円偏波を実現しているが、精密測位を実現するために必要な複数の周波数帯を合成するマルチバンド対応、及び各周波数帯間の位相差を無くすための対策が講じられていない。

【0004】

特許文献２には、誘電体からなる基板の上側基板面に、一箇所を分断したループ状の第一の結合部パターンを形成し、この第一の結合部パターンの分断した位置の両端部端子にそれぞれアンテナを接続し、前記基板の裏面側基板面に、第一の結合部パターンに対向する位置に形成されて給電点を有すると共に、一箇所を分断したループ状の第二の結合部パターンを形成した基板型アンテナにおいて、上記第二の結合部パターンに対向する位置に、一箇所を分断したループ状の少なくとも第三の結合部パターンを形成し、この第三の結合部パターンの分断した位置の両端部端子にそれぞれ他のアンテナを接続し、上記第一の結合部パターンに接続した上記アンテナと、上記第三の結合部パターンに接続した上記他のアンテナとは異なる共振周波数としたことを特徴とする基板型アンテナが記載されている。
しかしながら、特許文献２に記載された基板型アンテナは、マルチバンド対応のアンテナではあるものの、精密測位を実現するために必要な複数の周波数帯を合成するマルチバンド対応、及び各周波数帯間の位相差を無くすための対策が講じられていない。

【0005】

特許文献３には、ほぼ同じ共振周波数の二つのアンテナを使用して信号送受信を行う基板型アンテナにおいて、前記二つのアンテナは、給電点側結合部パターンに対向して配置したアンテナ側結合部パターンと、前記アンテナ側結合部パターンに結合した螺旋アンテナパターンを有した螺旋アンテナを使用し、前記二つのアンテナの前記螺旋アンテナパターンにおける最も近接した対向部端部の延び方向を同じ向きにせずにずらして配置したことを特徴とする基板型アンテナが記載されている。
しかしながら、特許文献３に記載された基板型アンテナは、螺旋状マルチバンド対応アンテナを用いて各アンテナ間の相互干渉を無くす対策は講じているものの、精密測位を実現するために必要な複数の周波数帯を合成するマルチバンド対応、及び各周波数帯間の位相差を無くすための対策が講じられていない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平０４－２８１６０４号公報

【特許文献2】特開２０１２－１９９８７８号公報

【特許文献3】特開２０１７－２２８８７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ＱＺＳＳを利用するには、アメリカ合衆国によって運用される全地球測位システム（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ（以下、「ＧＰＳ」という。））におけるＬ１帯（１５７５．４２ＭＨｚ±１５．３５ＭＨｚ）、Ｌ２帯（１２２７．６０ＭＨｚ±１．５３５ＭＨｚ）、Ｌ５帯（１１７６．４５ＭＨｚ±１２．４５ＭＨｚ）の他に、新たに、ＱＺＳＳ独自のＬ６帯（１２７８．７５ＭＨｚ±２１ＭＨｚ）に対応するアンテナが求められている。

【0008】

本発明は、ＱＺＳＳの精密測位を実現するために、ＱＺＳＳ独自のＬ６帯の周波数を含めた電波を受信するアンテナ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】

【0009】

第１態様に係る全地球測位衛星システム用基板型アンテナは、基板と、前記基板の一方の面に形成され、中心点の周囲に、２つに分割されて配置される複数の周波数帯に対応する円弧状アンテナ素子が配置される全地球測位衛星システム用基板型アンテナであって、前記円弧状アンテナ素子は、第１の円弧状アンテナ素子と第２の円弧状アンテナ素子とを含んで構成され、前記第１の円弧状アンテナ素子及び前記第２の円弧状アンテナ素子は、それぞれ、前記円弧状アンテナ素子の外周部から内周部に向けて、３つの周波数帯に対応する一体アンテナ素子と、前記一体アンテナ素子と間隔を隔てて配置される１つの周波数帯に対応する単体アンテナ素子と、を有し、前記第１の円弧状アンテナ素子の一方の端部と前記第２の円弧状アンテナ素子の一方の端部とにそれぞれ接合される複数の接合器と、複数の前記接合器が結合される結合部と、を有してダイポールアンテナ型円偏波アンテナが構成される。

【0010】

第２態様に係る全地球測位衛星システム用基板型アンテナは、第１態様に係る全地球測位衛星システム用基板型アンテナにおいて、前記結合部は、長円形状であって複数の結合素子が間隔を隔てて形成されるとともに、複数の前記結合素子のそれぞれの一部が分断されて間隔を隔てて形成され、複数の前記接合器によって、前記結合部と前記第１の円弧状アンテナ素子と前記第２の円弧状アンテナ素子とが結合される。

【0011】

第３態様に係る全地球測位衛星システム用基板型アンテナは、第１態様又は第２態様に係る全地球測位衛星システム用基板型アンテナにおいて、前記一方の面の反対側に対向して形成される他方の面に、前記結合部に対向する給電結合部を有し、受信された各周波数帯の利得が前記給電結合部で合成される。

【発明の効果】

【0012】

第１態様に係る全地球測位衛星システム用基板型アンテナによれば、ＱＺＳＳの精密測位を実行する際に、マルチパス電波の受信を排除しつつ、ＱＺＳＳ独自のＬ６帯を含めた４周波数帯の電波を合成して受信するマルチバンドアンテナとすることができる。

【0013】

第２態様に係る全地球測位衛星システム用基板型アンテナによれば、全地球測位衛星システム用基板型アンテナが受信した衛星からの電波の利得を１箇所の結合部にまとめて合成することができる。

【0014】

第３態様に係る全地球測位衛星システム用基板型アンテナによれば、全地球測位衛星システム用基板型アンテナが受信した衛星からの電波の利得を１箇所の給電点にまとめて合成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の一実施形態に係る全地球測位衛星システム用基板型アンテナのアンテナ素子の配置を示す平面図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る全地球測位衛星システム用基板型アンテナの結合器を示す裏面図である。

【図3】本発明の一実施形態に係る全地球測位衛星システム用基板型アンテナの電圧定在波比（ＶＳＷＲ値）を示すグラフである。（電圧における入射波と反射波の比）

【図4】本発明の一実施形態に係る全地球測位衛星システム用基板型アンテナのＬ５帯における利得（ｄＢｉｃ値）を示す放射特性図である。

【図5】本発明の一実施形態に係る全地球測位衛星システム用基板型アンテナのＬ２帯における利得（ｄＢｉｃ値）を示す放射特性図である。

【図6】本発明の一実施形態に係る全地球測位衛星システム用基板型アンテナのＬ６帯における利得（ｄＢｉｃ値）を示す放射特性図である。

【図7】本発明の一実施形態に係る全地球測位衛星システム用基板型アンテナのＬ１帯における利得（ｄＢｉｃ値）を示す放射特性図である。

【図8】本発明の一実施形態に係る全地球測位衛星システム用基板型アンテナの４周波数帯における利得の最大値と平均値を示すグラフである。

【図9】本発明の一実施形態に係る全地球測位衛星システム用基板型アンテナの衛星システムに対する４周波数帯についての利得（ｄＢｉｃ値）と軸比（ＡＲ値）を示す表である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本発明の実施形態に係る全地球測位衛星システム用基板型アンテナ（以下、「基板型アンテナ」ともいう。）の一例を図１から図９に基づいて説明する。
なお、図面において、矢印Ｘで示す方向を基板型アンテナ又は基板の幅方向とし、矢印Ｙで示す方向を基板型アンテナ又は基板の奥行方向とし、矢印Ｚで示す方向を基板型アンテナ又は基板の厚み方向とする。

【0017】

＜基板型アンテナの全体構成＞
図１は、本発明の実施形態である基板型アンテナ１の構成の一例を示している。

【0018】

図１に示すように、基板型アンテナ１は、基板表面１０Ａと基板裏面１０Ｂとを含む基板１０と、円弧状アンテナ素子２０と、アンテナ側結合器３０とを含んで構成されている。

【0019】

［基板］
基板１０は、図１と図２に示すように、基板表面１０Ａと、予め定められた厚みを有して隔てられて基板表面１０Ａに対向して形成される基板裏面１０Ｂと、を有する。本実施形態では、基板１０は、一例として、誘電率４．２のガラスエポキシ樹脂を基材とした板状体である。本実施形態では、３４ｍｍ（基板幅方向Ｗ）×３４ｍｍ（基板奥行方向Ｙ）×０．３ｍｍ（基板厚み方向Ｚ）のガラスエポキシ樹脂板を用いている。なお、図１及び図２において、基板１０は、平面視、正方形で示しているが、基板１０の平面形状は正方形に限らず任意の形状としてよい。ここで、基板表面１０Ａは、一方の面の一例であり、基板裏面１０Ｂは、他方の面の一例である。

【0020】

［円弧状アンテナ素子］
円弧状アンテナ素子２０は、図１に示すように、基板表面１０Ａに形成されている。円弧状アンテナ素子２０は、中心点Ｏを中心として同心円状に形成され、長寸円弧状アンテナ素子２２と、短寸円弧状アンテナ素子２４とが、互いに分割されて配置されている。

【0021】

長寸円弧状アンテナ素子２２は、本実施形態では、仮想基準線Ｌを跨いで基板奥行方向Ｙの側まで延びている。この長寸円弧状アンテナ素子２２は、その円弧の端部の一方である先端部２２Ｘと、該端部の他方である接合部２２Ｙとを有する。ここで、長寸円弧状アンテナ素子２２は、第１の円弧状アンテナ素子の一例である。

【0022】

短寸円弧状アンテナ素子２４は、本実施形態では、仮想基準線Ｌよりも基板奥行方向Ｙの側に形成されている。この短寸円弧状アンテナ素子２４は、その円弧の端部の一方である先端部２４Ｘと、該端部の他方である接合部２４Ｙとを有する。そして、短寸円弧状アンテナ素子２４の先端部２４Ｘは、長寸円弧状アンテナ素子２２の接合部２２Ｙと間隔を隔てて離間して対向している。また、短寸円弧状アンテナ素子２４の接合部２４Ｙは、長寸円弧状アンテナ素子２２の先端部２２Ｘと間隔を隔てて離間して対向している。ここで、短寸円弧状アンテナ素子２４は、第２の円弧状アンテナ素子の一例である。

【0023】

［周波数帯とアンテナ素子との関係］
基板型アンテナ１は、ＱＺＳＳに対応して、Ｌ１帯（１５７５．４２ＭＨｚ±１５．３５ＭＨｚ（以下、「Ｌ１」ともいう。））、Ｌ２帯（１２２７．６０ＭＨｚ±１．５３５ＭＨｚ（以下、「Ｌ２」ともいう。））、Ｌ５帯（１１７６．４５ＭＨｚ±１２．４５ＭＨｚ（以下、「Ｌ５」ともいう。））の他に、新たに、ＱＺＳＳ独自のＬ６帯（１２７８．７５ＭＨｚ±２１ＭＨｚ（以下、「Ｌ６」ともいう。））の電波を受信する。

【0024】

図１に示すように、長寸円弧状アンテナ素子２２は、中心点Ｏに対して外側から順に、Ｌ５帯、Ｌ２帯、Ｌ６帯の３つの周波数帯に対応するＬ５対応素子２２Ｄ、Ｌ２対応素子２２Ｃ、Ｌ６対応素子２２Ｂが一体化された一体アンテナ素子が円弧状に形成されている。また、一体アンテナ素子のうちのＬ６対応素子２２Ｂよりも中心点Ｏの側に間隔を隔てて離間された位置に、Ｌ１帯に対応するＬ１対応素子２２Ａが形成されている。ここで、Ｌ１対応素子２２Ａは、単体アンテナ素子の一例である。

【0025】

短寸円弧状アンテナ素子２４は、中心点Ｏに対して外側から順に、Ｌ５帯、Ｌ２帯、Ｌ６帯の３つの周波数帯に対応するＬ５対応素子２４Ａ、Ｌ２対応素子２４Ｂ、Ｌ６対応素子２４Ｃが一体化された一体アンテナ素子が円弧状に形成されている。また、一体アンテナ素子のうちのＬ６対応素子２４Ｃよりも中心点Ｏの側に間隔を隔てて離間された位置に、Ｌ１帯に対応するＬ１対応素子２４Ｄが形成されている。ここで、Ｌ１対応素子２４Ｄは、単体アンテナ素子の一例である。

【0026】

［アンテナ側結合器］
アンテナ側結合器３０は、図１に示すように、中心点Ｏを通る仮想基準線Ｌに直交する仮想基準線における基板奥行方向Ｙの手前側に延びる延長線上に仮想中心を有し、互いに離間して長円形状に形成される４本の素子を有する。また、４本の素子は、中心点Ｏの周囲に対応する部分でそれぞれが離間されてアンテナ側ギャップ３２が形成されている。換言すれば、４本の素子は、長円形状に形成されつつ、その一部が仮想中心に対して基板奥行方向Ｙの側で分断された形状とされている。また、４本の素子は、仮想中心の外側から順に、第１素子３０Ａ、第２素子３０Ｂ、第３素子３０Ｃ、及び第４素子３０Ｄとされ、それぞれがアンテナ側ギャップ３２の部分で、長寸円弧状アンテナ素子２２の接合部２２Ｙと短寸円弧状アンテナ素子２４の接合部２４Ｙとが、後述する接合器３４で接合されている。

【0027】

［接合器］
接合器３４は、図１に示すように、アンテナ側結合器３０と長寸円弧状アンテナ素子２２と短寸円弧状アンテナ素子２４とを接合する。具体的には、アンテナ側結合器３０のアンテナ側ギャップ３２が形成された部分において、第１素子３０Ａは、長寸円弧状アンテナ素子２２のＬ１対応素子２２Ａと短寸円弧状アンテナ素子２４の接合部２４ＹにおけるＬ５対応素子２４Ａに対応する部分とが接合器３４のうちの１本で接合されている。同様に、第２素子３０Ｂは、長寸円弧状アンテナ素子２２側のＬ６対応素子２２Ｂと短寸円弧状アンテナ素子２４の接合部２４ＹにおけるＬ２対応素子２４Ｂに対応する部分とが接合器３４のうちの他の１本で接合され、また、第３素子３０Ｃは、長寸円弧状アンテナ素子２２側のＬ２対応素子２２Ｃと短寸円弧状アンテナ素子２４の接合部２４ＹにおけるＬ６対応素子２４Ｃに対応する部分とが接合器３４のうちの他の１本で接合され、また、第４素子３０Ｄは、長寸円弧状アンテナ素子２２側のＬ５対応素子２２Ｄと短寸円弧状アンテナ素子２４の接合部２４ＹにおけるＬ１対応素子２４Ｄに対応する部分とが接合器３４のうちの残りの１本で接合されている。

【0028】

このように、長寸円弧状アンテナ素子２２と短寸円弧状アンテナ素子２４とは、第１素子３０Ａ、第２素子３０Ｂ、第３素子３０Ｃ、及び第４素子３０Ｄの４本の素子を有する接合器３４によってアンテナ側結合器３０と接合される。これにより、円弧状アンテナ素子２０は、全体として、ダイポールアンテナ型円偏波アンテナとして形成される。

【0029】

なお、円弧状アンテナ素子２０は、本実施形態では、銅箔を基材として用い、基板１０の基板表面１０Ａに予め形成された銅箔をエッチング手法により形成している。図１では、長寸円弧状アンテナ素子２２及び短寸円弧状アンテナ素子２４に一点鎖線を記載して各周波数帯を示しているが、これは便宜上の記載であって、周波数ごとに分割された素子が一体化されたものでなく、エッチング手法により３つの周波数に対応する幅で予め一体形成されるものである。

【0030】

［給電側結合器］
給電側結合器４０は、図２に示すように、基板１０の基板裏面１０Ｂに形成されている。給電側結合器４０は、給電結合素子４２と、結合器側ギャップ４４と、給電点となる第１端子４８Ａと第２端子４８Ｂと、を含んで構成されている。

【0031】

〔給電結合素子〕
給電結合素子４２は、基板裏面１０Ｂにおいて、基板表面１０Ａに形成されたアンテナ側結合器３０の位置に対応して形成されている。給電結合素子４２は、中心点Ｏにおいて仮想基準線Ｌに直交する仮想基準線における基板奥行方向Ｙの手前側に延びる延長線上に仮想中心を有し、仮想中心に対して中心点Ｏと反対側となる基板奥行方向Ｙの手前側が離間して結合器側ギャップ４４を有する長円形状に形成された素子である。換言すれば、給電結合素子４２は、長円形状に形成されつつ、その一部が仮想中心に対して基板奥行方向Ｙの手前側で分断された形状とされている。

【0032】

〔給電点〕
給電点は、第１端子４８Ａと、第２端子４８Ｂと、を含んで構成されている。具体的には、図２に示すように、給電結合素子４２は、結合器側ギャップ４４が形成されていることにより、長円形状の結合器側ギャップ４４の部分に、一端部４２Ａと他端部４２Ｂとが形成される。この一端部４２Ａに、第１給電線４６Ａが接合され、他端部４２Ｂに第２給電線４６Ｂが接合されており、第１端子４８Ａは第１給電線４６Ａに接合され、第２端子４８Ｂは第２給電線４６Ｂに接合され、全体として、給電点が構成される。

【0033】

なお、給電側結合器４０は、本実施形態では、銅箔を基材として用い、基板１０の基板裏面１０Ｂに予め形成された銅箔をエッチング手法により形成している。

【0034】

以上、説明したように、基板表面１０Ａに円弧状アンテナ素子２０とアンテナ側結合器３０が形成され、また、基板裏面１０Ｂに給電側結合器４０が形成されて、基板型アンテナ１が構成されるが、円弧状アンテナ素子２０の形成に特徴的手法が用いられている。以下、アンテナ素子２０の形成手法について説明する。

【0035】

＜アンテナ素子の形成手法＞
アンテナ素子２０は、長寸円弧状アンテナ素子２２と、短寸円弧状アンテナ素子２４とを有することは、上述したとおりである。図１に示すように、長寸円弧状アンテナ素子２２は、中心点Ｏを中心として、中心点Ｏよりも基板幅方向Ｘの反対側に位置する接合部２２Ｙから、中心点Ｏよりも基板幅方向Ｘの側に位置する先端部２２Ｘに向けて反時計まわりに延びている。また、短寸円弧状アンテナ素子２４は、中心点Ｏを中心として、中心点Ｏよりも基板幅方向Ｘに位置する接合部２４Ｙから、中心点Ｏよりも基板幅方向Ｘの反対側に位置する先端部２４Ｘに向けて反時計まわりに延びている。これら、反時計回りに延びる長寸円弧状アンテナ素子２２と短寸円弧状アンテナ素子２４とで、全体として、左旋回の円弧状アンテナ素子２０が形成され、ダイポールアンテナ型円偏波アンテナが構成される。これは、衛星からの電波が右旋偏波であることに対応するためであり、基板型アンテナ１は、換言すれば、左旋円偏波アンテナということができる。

【0036】

長寸円弧状アンテナ素子２２及び短寸円弧状アンテナ素子２４は、全体として、衛星からの各周波数の電波を受信するための長さ寸法が各周波数によって予め定められている。しかしながら、基板型アンテナ１は単独で使用することはなく、種々のケーシング、例えば、携帯端末のケーシング、又は自動車のアンテナケーシング等、衛星からの電波を受信して、受信した電波を用いる各種機器に内蔵されて使用される。

【0037】

各種のケーシングは、一般に、誘電率２．４程度のポリカーボネート樹脂を基材として用いることが多いが、このケーシングの基材の種類又は板厚等が異なると誘電率が変化する。このことから、長寸円弧状アンテナ素子２２及び短寸円弧状アンテナ素子２４の合計の長さ寸法は、ケーシングに用いられる材質が有する誘電率によって調整されなければならない。

【0038】

これを実現するには、長寸円弧状アンテナ素子２２と短寸円弧状アンテナ素子２４との合計の長さ寸法を、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ５、Ｌ６の各々の周波数に対応する一波長よりも予め短く設定しておく。そして、各々の周波数ごとに、長寸円弧状アンテナ素子２２又は短寸円弧状アンテナ素子２４又はその両方の長さ寸法を調整しながら、後述するアンテナの楕円偏波の軸比（ＡＲ）を３以下に調整していく。これと同時に、図２に示す第１端子４８Ａ及び第２端子４８Ｂで構成される給電点におけるＬ１、Ｌ２、Ｌ５、Ｌ６の各周波数帯のインピーダンスを、５０Ω時において、後述する電圧定在波比（ＶＳＷＲ値）が１に近づくように、長寸円弧状アンテナ素子２２又は短寸円弧状アンテナ素子２４又はその両方の長さ寸法をさらに調整していく。この場合、接合器３４のそれぞれの長さ寸法又は太さ又はその両方を調整する場合もある。こうして、各周波数帯間で位相差の無いマルチバンド型円偏波アンテナが実現される。

【0039】

本実施形態では、一例として、基板型アンテナ１の基板１０を、ガラスエポキシ樹脂を基材として基板厚み方向Ｚの寸法（板厚）を０．３ｍｍとし、基板型アンテナ１を取り付けるケーシングを、ポリカーボネート樹脂を基材として板厚を０．２ｍｍとしたとき、長寸円弧状アンテナ素子２２と短寸円弧状アンテナ素子２４との合計の長さ寸法は、本来の一波長に対応する長さ寸法の８０～９０％程度の短縮率となる。

【0040】

このように、長寸円弧状アンテナ素子２２と短寸円弧状アンテナ素子２４との合計の長さ寸法を、衛星からの電波の受信精度をより高めるように調整することで、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ５、Ｌ６の各々の周波数における電波が高い精度で受信され、この結果、基板型アンテナ１は、ＧＺＳＳ（全地球測位衛星システム）からの電波の受信に高い性能を発揮することができる。

【0041】

＜要部の作用＞
ここで、要部の作用について、主に図３から図９に基づいて説明する。

【0042】

基板表面１０Ａに形成されたアンテナ側結合器３０と、基板裏面１０Ｂに形成された給電側結合器４０とは、基板１０の厚みを介して対向している。これにより、アンテナ素子２０が受信した各周波数帯であるＬ１、Ｌ２、Ｌ５、Ｌ６の電波による利得を、アンテナ側結合器３０と給電側結合器４０が対向する位置に１箇所に合成する。

【0043】

図３は、本発明の基板型アンテナ１による利得を１箇所に合成したときの円偏波アンテナとして実現したＬ１、Ｌ２、Ｌ５、Ｌ６の各周波数における電圧定在波比（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｔａｎｄｉｎｇ Ｗａｖｅ Ｒａｔｉｏ（以下、「ＶＳＷＲ値」という。））の特性を示すグラフである。

【0044】

図３に示すように、横軸が周波数であり、縦軸がＶＳＷＲ値である。周波数帯の低い方から順に、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ２、Ｌ１の各周波数とＶＳＷＲ値を示す。図中の四角の中の数値は、それぞれの周波数帯における周波数を左側に記載し、また、ＶＳＷＲ値を右側に記載したものである。これによると、Ｌ５は、周波数１．１７５ＧＨｚのとき、ＶＳＷＲ値は１．５５である。また、Ｌ６は、周波数１．２２５ＧＨｚのとき、ＶＳＷＲ値は１．１５である。また、Ｌ２は、周波数１．２８０ＧＨｚのとき、ＶＳＷＲ値は１．２０である。そして、Ｌ１は、周波数１．５７５ＧＨｚのとき、ＶＳＷＲ値は１．１２である。ここで、各周波数を５ＭＨｚ単位としたのは、実験に用いた測定器の最小単位が５ＭＨｚであることから、図３では、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ２、Ｌ１の各周波数の近似値で示している。

【0045】

このように、本実施形態における基板型アンテナ１では、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ２、Ｌ１の各周波数のＶＳＷＲ値を１に近似の値とすることができた。

【0046】

次に、図４から図７は、本実施形態におけるＬ５、Ｌ６、Ｌ２、Ｌ１の周波数ごとの放射特性図であり、図４は周波数Ｌ５、図５は周波数Ｌ２、図６は周波数Ｌ６、図７は周波数Ｌ１の各放射特性図である。いずれの周波数においても、放射特性はほぼ円形を示しており、周波数ごとに安定した性能を有することがわかる。

【0047】

図８は、本実施形態の４周波数帯における利得の最大値と平均値を示すグラフである。横軸は周波数であり、縦軸は円偏波における利得である。グラフの左側から順に、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ２、Ｌ１の利得の最大値と平均値を示す。これによると、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ２、Ｌ１の周波数における各利得に大きなバラツキがなく、全体として安定した利得の確保ができていることがわかる。

【0048】

図９は、図８で示した周波数ごとの利得の最大値と平均値を表にしたものであり、周波数ごとに軸比（Ａｘｉａｌ Ｒａｔｉｏ（以下、「ＡＲ」という。））を加えたものである。一般に、円偏波として利用するためにＡＲは３ｄＢ以下であることが求められるが、本実施形態では、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ２、Ｌ１の周波数ごとにそれぞれ３ｄＢ以下の数値を得ている。これによると、ＡＲについても、良好な円偏波になっていることが見てとれる（図４から図７で示した各周波数の放射特性図も参照されたい）。

【0049】

以上、説明したように、全地球測位衛星システム用基板型アンテナ１は、基板１０と、基板１０の基板表面１０Ａに形成され、中心点Ｏの周囲に、２つに分割されて配置される複数の周波数帯に対応する円弧状アンテナ素子２０が配置される全地球測位衛星システム用基板型アンテナ１であって、円弧状アンテナ素子２０は、長寸円弧状アンテナ素子２２と短寸円弧状アンテナ素子２４とを含んで構成され、長寸円弧状アンテナ素子２２及び短寸円弧状アンテナ素子２４は、それぞれ、円弧状アンテナ素子２０の外周部から内周部に向けて、３つの周波数帯に対応する一体アンテナ素子と、一体アンテナ素子と間隔を隔てて配置される１つの周波数帯に対応する単体アンテナ素子と、を有し、長寸円弧状アンテナ素子の接合部２２Ｙと短寸円弧状アンテナ素子２４の接合部２４Ｙとにそれぞれ接合される複数の接合器３４と、複数の接合器３４が結合されるアンテナ側結合器３０と、を有してダイポールアンテナ型円偏波アンテナが構成される。

【0050】

これにより、ＱＺＳＳに対応する広帯域マルチバンド円偏波を、位相差を抑制しながら受信することができる。

【0051】

また、アンテナ側結合器３０は、長円形状であって第１素子３０Ａから第４素子３０Ｄが間隔を隔てて形成されるとともに、第１素子３０Ａから第４素子３０Ｄのそれぞれの一部が分断されて間隔を隔てて形成され、複数の接合器３４によって、アンテナ側結合器３０と長寸円弧状アンテナ素子２２と短寸円弧状アンテナ素子２４とが結合される。

【0052】

これにより、基板型アンテナ１が受信した衛星からの４つの周波数における電波の利得を１箇所のアンテナ側結合器３０にまとめて合成することができる。

【0053】

また、基板型アンテナ１は、一方の面１０Ａの反対側に対向して形成される他方の面１０Ｂに、前記結合器３０に対向する給電結合器４０を有し、受信された各周波数帯の利得が前記給電結合器４０で合成される。

【0054】

これにより、基板型アンテナ１が受信した衛星からの電波の利得を１箇所の給電結合器４０にまとめて合成することができるから、ＱＺＳＳの電波を精度の高い状態で利用することができる。また、１箇所にまとめられた利得は、第１端子４８Ａと第２端子４８Ｂとからなる給電点に出力される。また、基板型アンテナ１と５Ｇとの組み合わせによって、自動運転車両の自動運転、さらには、遠隔操作システムにおいても、Ｌ６帯の電波を利用しないものに比べて、高い精度で制御を行わせることができる。

【0055】

以上、本発明のアンテナ基板１の実施形態について説明したが、この実施形態は一例であり、本発明はかかる実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に変更でき、また、本発明の権利範囲が、一例として説明した実施形態に限定されないことは言うまでもない。

【0056】

例えば、基板１０の寸法を、３４ｍｍ×３４ｍｍ×０．３ｍｍと説明したが、これに限らず、基板１０は、平面視で、円形でもよく、また、長方形でもよく、円偏波アンテナとしてのアンテナ素子が形成できる形状、及び板厚であればよい。

【0057】

また、アンテナ側結合器３０は、中心点Ｏを通る仮想基準線Ｌに直交する仮想基準線における基板奥行方向Ｙの手前側に延びる延長線上に仮想中心を有すると説明したが、これに限らず、中心点Ｏを通らない仮想基準線上に仮想中心を有してもよい。この場合、基板裏面１０Ｂに形成される給電側結合器４０の給電結合素子４２も、移動されたアンテナ側結合器３０に対応する位置に変更してよい。

【符号の説明】

【0058】

１ 全地球測位衛星システム用基板型アンテナ（基板型アンテナ）
１０ 基板
１０Ａ 基板表面（一方の面の一例）
１０Ｂ 基板裏面（他方の面の一例）
２０ 円弧状アンテナ素子
２２ 長寸円弧状アンテナ素子（第１の円弧状アンテナ素子の一例）
２２Ａ Ｌ１対応素子（単体アンテナの一例）
２２Ｂ Ｌ６対応素子（Ｌ２対応素子とＬ５対応素子とで構成される一体アンテナ素子の一例）
２２Ｃ Ｌ２対応素子（Ｌ６対応素子とＬ５対応素子とで構成される一体アンテナ素子の一例）
２２Ｄ Ｌ５対応素子（Ｌ６対応素子とＬ２対応素子とで構成される一体アンテナ素子の一例）
２２Ｘ 先端部
２２Ｙ 接合部
２４ 短寸円弧状アンテナ素子（第２の円弧状アンテナ素子の一例）
２４Ａ Ｌ５対応素子（Ｌ６対応素子とＬ２対応素子とで構成される一体アンテナ素子の一例）
２４Ｂ Ｌ２対応素子（Ｌ６対応素子とＬ５対応素子とで構成される一体アンテナ素子の一例）
２４Ｃ Ｌ６対応素子（Ｌ５対応素子とＬ２対応素子とで構成される一体アンテナ素子の一例）
２４Ｄ Ｌ１対応素子（単体アンテナの一例）
２４Ｘ 先端部
２４Ｙ 接合部
３０ アンテナ側結合器（結合部の一例）
３０Ａ 第１素子（結合素子の一例）
３０Ｂ 第２素子（結合素子の一例）
３０Ｃ 第３素子（結合素子の一例）
３０Ｄ 第４素子（結合素子の一例）
３２ アンテナ側ギャップ
３４ 接合器
４０ 給電側結合器（給電結合部の一例）
４２ 給電結合素子
４２Ａ 一端部
４２Ｂ 他端部
４４ 結合器側ギャップ
４６Ａ 第１給電線
４６Ｂ 第２給電線
４８Ａ 第１端子
４８Ｂ 第２端子
Ｏ 中心点
Ｌ 仮想基準線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】