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(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】P2023060425
(43)【公開日】2023-04-28
(54)【発明の名称】アンテナ装置及びアンテナシステム
(51)【国際特許分類】
   H01Q 9/26 20060101AFI20230421BHJP
   H01Q 1/22 20060101ALI20230421BHJP
【FI】
H01Q9/26
H01Q1/22 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2021170027
(22)【出願日】2021-10-18
(71)【出願人】
【識別番号】000006220
【氏名又は名称】ミツミ電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100090033
【弁理士】
【氏名又は名称】荒船 博司
(74)【代理人】
【識別番号】100093045
【弁理士】
【氏名又は名称】荒船 良男
(72)【発明者】
【氏名】谷村 竜大
(72)【発明者】
【氏名】大和 優生
(72)【発明者】
【氏名】岩上 健一
(72)【発明者】
【氏名】吉岡 洋樹
【テーマコード(参考)】
5J047
【Fターム(参考)】
5J047AA03
5J047AA07
5J047AA09
5J047AB07
5J047EA03
5J047EA06
(57)【要約】
【課題】アンテナ装置を小型化し、アンテナ特性を良好にするとともに、組立構造を簡易化することである。
【解決手段】アンテナ装置100は、折り返しダイポールアンテナのアンテナエレメントであって、平面状の金属が折り曲げられた折り曲げ構造のアンテナエレメント20と、アンテナエレメント20が実装される基板30と、を備える。アンテナエレメント20は、展開形状が対称線を境界として鏡面対称であり、対称線を境界とした片側部のそれぞれに4つ以上の折り曲げ部を有するアンテナエレメント本体を有する。
【選択図】図3
【特許請求の範囲】
【請求項1】
折り返しダイポールアンテナのアンテナエレメントであって、平面状の金属が折り曲げられた折り曲げ構造のアンテナエレメントと、
前記アンテナエレメントが実装される基板と、を備え、
前記アンテナエレメントは、展開形状が対称線を境界として鏡面対称であり、当該対称線を境界とした片側部のそれぞれに4つ以上の折り曲げ部を有するアンテナエレメント本体を有するアンテナ装置。
【請求項2】
前記アンテナエレメントは、前記アンテナエレメント本体に接続される突起部を備える請求項1に記載のアンテナ装置。
【請求項3】
前記突起部は、前記片側部としての給電点側のアンテナエレメント給電側部に接続される請求項2に記載のアンテナ装置。
【請求項4】
前記突起部は、輪状である請求項2又は3に記載のアンテナ装置。
【請求項5】
前記基板は、前記アンテナエレメントが接触されていないアンテナエレメント接触領域に、導電体のアンテナパターンを有する請求項1から4のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項6】
前記アンテナエレメント及び前記基板を支持する非金属のブラケットを備える請求項1から5のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項7】
請求項1から5のいずれか一項に記載のアンテナ装置を複数備えるアンテナシステム。
【請求項8】
前記複数のアンテナ装置を支持する非金属のブラケットを備える請求項7に記載のアンテナシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、アンテナ装置及びアンテナシステムに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、車両に設置するテレマティクス用のアンテナが知られている。テレマティクスは、クラウド上のサーバから移動体(車両)に情報を提供するサービスの総称である。具体的には、車両に搭載されたTCU(Telematics Control Unit:テレマティクス制御ユニット)に接続された車載のアンテナと、クラウド上の基地局との間での無線通信を介して、TCUが、クラウド上のサーバから受信した情報を表示部に表示するなどして乗車者に提供する。
【0003】
テレマティクス用のアンテナは、LTE(Long Term Evolution)、5G(5th Generation:第5世代移動体通信)、WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access:広帯域符号分割多重接続)(WCDMAは登録商標)などの通信方式(規格)に対応するため、対応すべき周波数帯が幅広く、当該周波数帯の波長に対応したアンテナ長を確保しなければならないため、アンテナエレメントが大型化する傾向がある。
【0004】
また、アンテナエレメントを1回折り返して基板の両面に配置した構造により、小型化を図った変形折り返しダイポールアンテナが知られている(特許文献1参照)。
【0005】
ここで、図17を参照して、従来のテレマティクス用のアンテナ装置100Dを説明する。図17は、従来のアンテナ装置100Dの分解斜視図である。
【0006】
図17に示すように、アンテナ装置100Dは、トップカバー10Dと、アンテナエレメント20Dと、基板30Dと、ブラケット40Dと、ケーブルC3と、を備える。アンテナエレメント20Dは、左右の一方の片側領域で3回折り曲げた3次元の折り曲げ構造を有する金属製のテレマティクス用のアンテナエレメントである。上記のように、テレマティクス用のアンテナ装置は、アンテナエレメントが大型化する傾向がある。特に、周波数が低いほど、波長に対してアンテナ長が必要なため、より顕著となる。このため、アンテナエレメント20Dも、大型化している。
【0007】
基板30Dは、アンテナエレメント20D及び回路素子が実装される。ケーブルC3は、基板30Dの導電体パターン(給電点、接地点)に電気的に接続された同軸ケーブルであり、スポンジに覆われている。ブラケット40Dは、金属製の接地板である。アンテナエレメント20D及び基板30Dは、ブラケット40Dの平面上に取り付けられ、樹脂製のトップカバー10Dで覆われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特許第6131816号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
しかし、上記従来のアンテナ装置100Dでは、アンテナエレメント20Dが大型であり、アンテナエレメント20Dに対応する金属の接地面としてのブラケット40Dも大型であり、アンテナ特性を維持しつつアンテナ装置を小型化する要請がある。また、アンテナエレメント20Dは、折り曲げ箇所が非対称であり、作業者の組立の負担が大きい。
【0010】
本発明の課題は、アンテナ装置を小型化し、アンテナ特性を良好にするとともに、組立構造を簡易化することである。
【課題を解決するための手段】
【0011】
上記課題を解決するため、本発明のアンテナ装置は、
折り返しダイポールアンテナのアンテナエレメントであって、平面状の金属が折り曲げられた折り曲げ構造のアンテナエレメントと、
前記アンテナエレメントが実装される基板と、を備え、
前記アンテナエレメントは、展開形状が対称線を境界として鏡面対称であり、当該対称線を境界とした片側部のそれぞれに4つ以上の折り曲げ部を有するアンテナエレメント本体を有する。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、アンテナ装置を小型化でき、アンテナ特性を良好にできるとともに、組立構造を簡易化できる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
図1】本発明の第1の実施の形態のアンテナ装置の外観を示す斜視図である。
図2】第1の実施の形態のアンテナ装置の取付状態を示す側面図である。
図3】第1の実施の形態のアンテナ装置の分解斜視図である。
図4】第1の実施の形態のアンテナエレメントの展開図である。
図5】基板の平面図である。
図6】第1の実施の形態のアンテナエレメント及び基板からなるアンテナ装置を示す斜視図である。
図7】(a)は、600[MHz]~1.3[GHz]の周波数帯における第1の実施の形態のアンテナ装置のVSWRの周波数特性を示す図である。(b)は、1.3[GHz]~3[GHz]の周波数帯における第1の実施の形態のアンテナ装置のVSWRの周波数特性を示す図である。(c)は、3.2[GHz]~5.2[GHz]の周波数帯における第1の実施の形態のアンテナ装置のVSWRの周波数特性を示す図である。
図8】(a)は、600[MHz]~1.3[GHz]の周波数帯における従来のアンテナ装置のVSWRの周波数特性を示す図である。(b)は、1.3[GHz]~3[GHz]の周波数帯における従来のアンテナ装置のVSWRの周波数特性を示す図である。図8(c)は、3.2[GHz]~5.2[GHz]の周波数帯における従来のアンテナ装置のVSWRの周波数特性を示す図である。
図9】変形例のアンテナエレメントの展開図である。
図10】第2の実施の形態のアンテナエレメント及び基板からなるアンテナ装置を示す斜視図である。
図11】第2の実施の形態のアンテナエレメントの展開図である。
図12】(a)は、600[MHz]~1.3[GHz]の周波数帯における第2の実施の形態のアンテナ装置のVSWRの周波数特性を示す図である。(b)は、1.3[GHz]~3[GHz]の周波数帯における第2の実施の形態のアンテナ装置のVSWRの周波数特性を示す図である。(c)は、3.2[GHz]~5.2[GHz]の周波数帯における第2の実施の形態のアンテナ装置のVSWRの周波数特性を示す図である。
図13】第3の実施の形態のアンテナ部及びブラケットからなるアンテナシステムを示す斜視図である。
図14】第3の実施の形態のアンテナエレメントの展開図である。
図15】(a)は、600[MHz]~1.3[GHz]の周波数帯における第3の実施の形態の第1のアンテナ部のVSWRの周波数特性を示す図である。(b)は、1.3[GHz]~3[GHz]の周波数帯における第3の実施の形態の第1のアンテナ部のVSWRの周波数特性を示す図である。(c)は、3.2[GHz]~5.2[GHz]の周波数帯における第3の実施の形態の第1のアンテナ部のVSWRの周波数特性を示す図である。
図16】(a)は、600[MHz]~1.3[GHz]の周波数帯における第3の実施の形態の第2のアンテナ部のVSWRの周波数特性を示す図である。(b)は、1.3[GHz]~3[GHz]の周波数帯における第3の実施の形態の第2のアンテナ部のVSWRの周波数特性を示す図である。(c)は、3.2[GHz]~5.2[GHz]の周波数帯における第3の実施の形態の第2のアンテナ部のVSWRの周波数特性を示す図である。
図17】従来のアンテナ装置の分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、添付図面を参照して本発明に係る第1の実施の形態、変形例、第2の実施の形態及び第3の実施の形態を順に詳細に説明する。ただし、発明の範囲は、図示例に限定されない。
【0015】
(第1の実施の形態)
図1図8を参照して、本発明に係る第1の実施の形態を説明する。まず、図1図2を参照して、本実施の形態のアンテナ装置100の外観構成を説明する。図1は、本実施の形態のアンテナ装置100の外観を示す斜視図である。図2は、本実施の形態のアンテナ装置100の取付状態を示す側面図である。
【0016】
アンテナ装置100は、移動体としての車両に設置するテレマティクス用のアンテナ装置であり、LTE、5G、WCDMAの通信方式(規格)に対応するものとする。ただし、アンテナ装置100が対応する通信方式は、これらの通信方式に限定されるものではない。
【0017】
図1に示すように、アンテナ装置100は、トップカバー10と、ケーブルCと、を備える。図1上に、アンテナ装置100を基準として、x軸、y軸、z軸をとるものとし、他の図でも同様とする。アンテナ装置100は、例えば、60[mm](x軸方向の長さ)×40[mm](y軸方向の長さ)×20[mm](z軸方向の長さ)の箱型(略直方体)の形状を有する。ただし、アンテナ装置100の箱型の大きさは、この例に限定されるものではなく、例えば、これらの各辺の寸法以下としてもよい。
【0018】
トップカバー10は、非金属のPC(PolyCarbonate)+ASA(Acrylate Styrene Acrylonitrile)樹脂の樹脂製であり、後述するアンテナエレメント20及び基板30を上面(+z方向側の面)から覆うカバーである。ただし、トップカバー10の材質は、PC+ASA樹脂に限定されるものではない。
【0019】
トップカバー10は、トップカバー本体11と、取付部12と、ラベル13と、を有する。トップカバー本体11は、箱型のトップカバー10の本体部である。取付部12は、トップカバー本体11に一体的に設けられ、車両に取り付けるための部分である。
【0020】
図2に示すように、アンテナ装置100は、丸頭の雄螺子121を、取付部12にあけられた孔部(図示略)に挿通して、車両のインストルメントパネルIの雌螺子部(図示略)に螺合することにより、インストルメントパネルIに取り付けられる。
【0021】
ラベル13は、トップカバー本体11の上面に貼り付けられるラベルであり、例えば、アンテナ装置100を識別するQR(Quick Response)コード、製品名など、アンテナ装置100に関する情報が印刷されている。
【0022】
ケーブルCは、一端がアンテナ装置100の後述する基板30に電気的に接続され、他端が車両に搭載されたTCUに接続される同軸ケーブルである。
【0023】
つぎに、図3図5を参照して、アンテナ装置100の内部構成を説明する。図3は、本実施の形態のアンテナ装置100の分解斜視図である。図4は、本実施の形態のアンテナエレメント20の展開図である。図5は、基板30の平面図である。
【0024】
図3に示すように、アンテナ装置100は、トップカバー10と、アンテナエレメント20と、基板30と、ブラケット40と、を備える。トップカバー10のトップカバー本体11は、平頭の雄螺子111と、孔部112と、ラベル貼り付け部113と、を有する。
【0025】
雄螺子111は、ラベル13の下方(-z方向側)から、トップカバー10をブラケット40に固定的に取り付けるための螺子である。孔部112は、トップカバー本体11にz軸方向にあけられた雄螺子111の挿通用の貫通穴である。ラベル貼り付け部113は、トップカバー本体11の上面に設けられたラベル13の貼り付け用の凹部である。
【0026】
アンテナエレメント20は、テレマティクス用のアンテナにおける金属製(例えば、亜鉛めっきした鋼板(鉄))のアンテナエレメントであり、3次元の折り曲げ構造を有する。アンテナエレメント20のテレマティクス用のアンテナは、折り返しダイポールアンテナにより構成されている。
【0027】
図4に示すように、アンテナエレメント20は、1枚の金属製の平面板(例えば厚さが0.8[mm])から作製される平面状(の展開形状)のアンテナエレメント本体21及び突起部22を有する。アンテナエレメント本体21は、中心線としての対称線L1を境界として左右にシンメトリー(鏡面対称)な形状(対称線L1を境界とした2つの片側部が線対称の形状)を有し、図4上の右側の部分を片側部としてのアンテナエレメント給電側部21aとし、図4上の左側の部分を片側部としてのアンテナエレメント接地側部21bとする。つまり、アンテナエレメント給電側部21aと、アンテナエレメント接地側部21bとは、対称線L1で線対称である。
【0028】
アンテナエレメント給電側部21aは、基板30の導電体パターン及び回路素子を介してケーブルCのアンテナ電流が流れる内部導体に電気的に接続される給電点211を有する。アンテナエレメント接地側部21bは、基板30の導電パターン及び回路素子を介してケーブルCの接地された外部導体に電気的に接続される接地点212を有する。
【0029】
アンテナエレメント給電側部21aは、給電点211から延在方向に順に、5つの折り曲げ箇所としての折り曲げ部B1,B2,B3,B4,B5を有する。アンテナエレメント接地側部21bは、接地点212から延在方向に順に、5つの折り曲げ箇所としての折り曲げ部B1,B2,B3,B4,B5を有する。アンテナエレメント給電側部21a及びアンテナエレメント接地側部21bの折り曲げ部B1,B2,B3,B4,B5を折り曲げることで、図3の立体形状のアンテナエレメント20が作製される。
【0030】
図17の従来のアンテナ装置100Dのアンテナエレメント20Dは、展開形状が左右にアシンメトリー(鏡面非対称)な形状であり、その片側領域の折り曲げ箇所が3か所である。このため、アンテナエレメント20は、アンテナエレメント20Dよりも折り曲げ箇所が多いが、アンテナエレメント給電側部21a及びアンテナエレメント接地側部21bがシンメトリーであるため、折り曲げ部B1,B2,B3,B4,B5の図4上の上下方向の位置が同じ(折り曲げ線が同一線上)となり、アンテナエレメント20Dに比べて組立構造が簡易となる。
【0031】
また、アンテナエレメント20の折り曲げ箇所が多いため、立体構造が同じ大きさでも電波の共振周波数に対応するアンテナ長を幅広くとれ、特に長いアンテナ長のエレメント部分を容易に含めることができ、低い周波数帯域の共振を容易にとれる。なお、アンテナエレメント20の折り曲げ部の数は、片側の領域(アンテナエレメント給電側部21a、アンテナエレメント接地側部21bのそれぞれ)で4つ以上あることが好ましい。
【0032】
突起部22は、矩形で輪状の突起部であり、アンテナエレメント給電側部21aに接続されている。突起部22をアンテナエレメント給電側部21aに接続するのは、給電点211側から接地点212へアンテナ電流が流れていくため、給電点211側にアンテナエレメントとしての突起部22を追加したほうが、アンテナ特性に与える影響が大きくなるためである。なお、突起部22をアンテナエレメント接地側部21bに接続する構成としてもよい。
【0033】
また、突起部22が輪状であるのは、アンテナ特性改善にあたり、特定の周波数帯域内にアンテナの共振を出す必要があり、アンテナの共振がアンテナエレメントの長さで変動するため、その長さを確保するためである。さらに、アンテナ電流は、主にアンテナエレメントの平面の端部の領域を流れるため、アンテナ特性を低下することなく突起部の矩形の内部の領域を削除して突起部22としている。この内部の領域の削除は、アンテナ装置100の軽量化にも寄与する。
【0034】
基板30は、PWB(Printed Wiring Board)であり、絶縁材料としてのガラスエポキシ樹脂などの基板本体上に、銅箔などの金属製の導電体パターンが形成され、アンテナエレメント20が実装され、必要に応じて回路素子が実装される基板である。例えば、基板30が、導電体パターン及び回路素子として、集中定数回路部を有し、回路素子として、フィルタを有することで、アンテナ信号のノイズを低減できる。基板30の厚さは、例えば、0.8[mm]である。また、基板30は、ブラケット40の後述する取付用ボス42、支持部43を通すための孔部33を有する。
【0035】
アンテナ装置100のテレマティクス用のアンテナのアンテナエレメントは、基本的にアンテナエレメント20により構成されている。ただし、基板30の導電体パターンにアンテナ(エレメント)パターンを追加することによりアンテナ特性を改善することができる。
【0036】
例えば、図5に示すように、基板30は、絶縁材料の基板本体31の上面に、導電体パターン32が形成されているものとする。ただし、図5は、概略図であり、孔部33などの図示が省略されている。導電体パターン32は、アンテナパターン321,322を有するものとする。アンテナパターン321は、2000[MHz]で共振するアンテナ長を有する。アンテナパターン322は、1500~1700[MHz]で共振するアンテナ長を有する。例えば、アンテナエレメント20で補えない周波数帯(2000[MHz]、1500~1700[MHz])が発生した(例えば、その周波数帯で共振が十分とれていない)場合に、アンテナパターン321,322により、アンテナ装置100のテレマティクス用のアンテナのアンテナ特性が改善される。
【0037】
また、基板本体31は、アンテナエレメント20が接触(実装)されるアンテナエレメント接触領域311を有する。基板30のアンテナパターン321,322は、アンテナエレメント接触領域311への形成が避けられており、アンテナエレメント20との干渉を防いでいる。
【0038】
ブラケット40は、非金属のPC+ASA樹脂の樹脂製であり、アンテナエレメント20及び基板30を下面(-z側の面)から支持して覆い、トップカバー10に結合されるブラケットである。ただし、ブラケット40の材質は、PC+ASA樹脂に限定されるものではなく、他の非金属材料としてもよい。
【0039】
ブラケット40は、基体41と、取付用ボス42と、支持部43とを有する。基体41は、ブラケット40の平面状の基体である。取付用ボス42は、基体41と一体的に構成され、雄螺子111に対応する雌螺子が内部に形成され、雄螺子111の螺合により取り付けられたトップカバー10を固定的に支持する。支持部43は、基体41と一体的に構成され、アンテナエレメント20が実装された基板30と、トップカバー10と、を支持する。
【0040】
ここで、アンテナ装置100の組立工程(製造工程)を簡単に説明する。まず、作業者は、図4の展開形状のアンテナエレメント20の折り曲げ部B1,B2,B3,B4,B5を折り曲げて、図3の立体形状のアンテナエレメント20を形成する。そして、作業者は、立体形状のアンテナエレメント20を基板30上に実装し、基板30の導電体パターンの給電側の端点、接地側の端点に、ケーブルCの内部導体、外部導体を、はんだ付けなどにより電気的に接続する。
【0041】
そして、作業者は、アンテナエレメント20が実装された基板30をブラケット40で支持し、トップカバー10をブラケット40に取り付けて、雄螺子111を、孔部112、アンテナエレメント20及び基板30を介して取付用ボス42に螺合して、アンテナエレメント20が実装された基板30をトップカバー10及びブラケット40の内部に収納し、ラベル13をラベル貼り付け部113に貼り付けることで、アンテナ装置100を製造する。
【0042】
つぎに、図6図8(c)を参照して、アンテナ装置100のアンテナ特性を説明する。図6は、本実施の形態のアンテナエレメント20及び基板30からなるアンテナ装置100を示す斜視図である。図7(a)は、600[MHz]~1.3[GHz]の周波数帯における本実施の形態のアンテナ装置100のVSWR(Voltage Standing Wave Ratio:電圧定在波比)の周波数特性を示す図である。図7(b)は、1.3[GHz]~3[GHz]の周波数帯における本実施の形態のアンテナ装置100のVSWRの周波数特性を示す図である。図7(c)は、3.2[GHz]~5.2[GHz]の周波数帯における本実施の形態のアンテナ装置100のVSWRの周波数特性を示す図である。図8(a)は、600[MHz]~1.3[GHz]の周波数帯における従来のアンテナ装置100DのVSWRの周波数特性を示す図である。図8(b)は、1.3[GHz]~3[GHz]の周波数帯における従来のアンテナ装置100DのVSWRの周波数特性を示す図である。図8(c)は、3.2[GHz]~5.2[GHz]の周波数帯における従来のアンテナ装置100DのVSWRの周波数特性を示す図である。
【0043】
図6に示すように、アンテナ装置100として、アンテナエレメント20が実装された基板30のアンテナ特性としてのVSWRの周波数特性を測定した。VSWRは、無線周波数電力が電源から伝送線を通って負荷(アンテナ)へどれだけ効率よく伝送されるかを示す計測値であり、値が低いほど共振がとれていることを示す。
【0044】
テレマティクスの複数の通信方式(ここでは、LTE、5G、WCDMA)で使用する周波数帯は、617[MHz]~960[MHz]、1.427[GHz]~2.69[GHz]、3.3[GHz]~4.2[GHz]、4.4[GHz]~5[GHz]である。このため、アンテナ装置100において、上記の周波数帯をカバーする、600[MHz]~1.3[GHz]、1.3[GHz]~3[GHz]、3.2[GHz]~5.2[GHz]の周波数帯でVSWRを測定した。
【0045】
図7(a)に、600[MHz]~1.3[GHz]の周波数帯におけるアンテナ装置100の各周波数に対するVSWRを示す。図7(a)において、「△1」がVSWRの617[MHz]の位置を示し、「△2」がVSWRの650[MHz]の位置を示し、「△3」がVSWRの698[MHz]の位置を示し、「△4」がVSWRの750[MHz]の位置を示し、「△5」がVSWRの824[MHz]の位置を示し、「△6」がVSWRの894[MHz]の位置を示し、「△7」がVSWRの960[MHz]の位置を示す。これらの「△1」~「△7」の周波数は、図8(a)など、同じ600[MHz]~1.3[GHz]の周波数帯における他のアンテナ装置のVSWRの周波数特性のグラフでも同様である。
【0046】
図7(b)に、1.3[GHz]~3[GHz]の周波数帯におけるアンテナ装置100の各周波数に対するVSWRを示す。図7(b)において、「△1」がVSWRの1.4279[GHz]の位置を示し、「△2」がVSWRの1.5109[GHz]の位置を示し、「△3」がVSWRの1.7100[GHz]の位置を示し、「△4」がVSWRの1.9800[GHz]の位置を示し、「△5」がVSWRの2.1700[GHz]の位置を示し、「△6」がVSWRの2.3000[GHz]の位置を示し、「△7」がVSWRの2.4000[GHz]の位置を示し、「△8」がVSWRの2.4960[GHz]の位置を示し、「△9」がVSWRの2.6900[GHz]の位置を示す。これらの「△1」~「△9」の周波数は、図8(b)など、同じ1.3[GHz]~3[GHz]の周波数帯における他のアンテナ装置のVSWRの周波数特性のグラフでも同様である。
【0047】
図7(c)に、3.2[GHz]~5.2[GHz]の周波数帯におけるアンテナ装置100の各周波数に対するVSWRを示す。図7(c)において、「△1」がVSWRの3.41[GHz]の位置を示し、「△2」がVSWRの3.50[GHz]の位置を示し、「△3」がVSWRの3.59[GHz]の位置を示し、「△4」がVSWRの4.20[GHz]の位置を示し、「△5」がVSWRの4.50[GHz]の位置を示し、「△6」がVSWRの4.80[GHz]の位置を示し、「△7」がVSWRの5.00[GHz]の位置を示す。これらの「△1」~「△7」の周波数は、図8(c)など、同じ3[GHz]~5.2[GHz]の周波数帯における他のアンテナ装置のVSWRの周波数特性のグラフでも同様である。
【0048】
図7(a)によると、600[MHz]~1.3[GHz]の周波数帯において、アンテナ装置100のVSWRは、図8(a)のアンテナ装置100DのVSWRよりも低く共振がとれており、アンテナ特性が向上している。また、図7(b)によると、1.3[GHz]~3[GHz]の周波数帯において、アンテナ装置100のVSWRは、5以下となり、また図8(b)のアンテナ装置100DのVSWRよりも低く共振がとれており、アンテナ特性が向上している。また、図7(c)によると、3.2[GHz]~5.2[GHz]の周波数帯において、アンテナ装置100のVSWRは、5以下となり、また図8(b)のアンテナ装置100DのVSWRよりも低く共振がとれており、アンテナ特性が向上している。
【0049】
以上、本実施の形態によれば、アンテナ装置100は、折り返しダイポールアンテナのアンテナエレメントであって、平面状の金属が折り曲げられた折り曲げ構造のアンテナエレメント20と、アンテナエレメント20が実装される基板30と、を備える。アンテナエレメント20は、展開形状が対称線L1を境界として鏡面対称であり、対称線L1を境界とした片側部(アンテナエレメント給電側部21a、アンテナエレメント接地側部21b)のそれぞれに5つの折り曲げ部B1,B2,B3,B4,B5を有するアンテナエレメント本体21を有する。このため、5つの折り曲げ部B1,B2,B3,B4,B5の折り曲げ構造の折り返しダイポールアンテナのアンテナエレメント20により、大型の金属のブラケットが必要でなく、アンテナ装置100を小型化でき、大型の金属のブラケットがなくても、アンテナ装置100のアンテナ特性を良好にできるとともに、アンテナエレメント20の鏡面対称の展開形状により、アンテナ装置100の組立構造を簡易化できる。
【0050】
また、アンテナエレメント20は、アンテナエレメント本体21に接続される突起部22を備える。このため、アンテナエレメント20の展開形状が対称線L1を境界としてアシンメトリー(鏡面非対称)となるが、突起部22によりアンテナエレメント本体21のアンテナ特性を補うので、アンテナ装置100のアンテナ特性を向上できる。
【0051】
また、突起部22は、アンテナエレメント本体21の片側部としての給電点211側のアンテナエレメント給電側部21aに接続される。このため、突起部22がアンテナエレメント接地側部21bに接続される場合に比べて、アンテナ装置100のアンテナ特性により大きく良好な影響を与えることができる。
【0052】
また、突起部22は、輪状である。このため、アンテナ装置100のアンテナ特性を低下することなく、アンテナ装置100を軽量化できる。
【0053】
また、基板30は、アンテナエレメント20が接触されていない領域(アンテナエレメント接触領域311以外の領域)に、導電体のアンテナパターン321,322を有する。このため、アンテナパターン321,322により、アンテナエレメント20の特定の周波数帯の共振を補うことができ、かつアンテナエレメント20との干渉を防ぐことができる。
【0054】
また、アンテナ装置100は、アンテナエレメント20及び基板30を支持する非金属のブラケット40を備える。このため、大型の金属のブラケットを備えないので、アンテナ装置100を小型化及び軽量化できる。
【0055】
(変形例)
図9を参照して、上記第1の実施の形態の変形例を説明する。図9は、本変形例のアンテナエレメント20Aの展開図である。
【0056】
本変形例のアンテナ装置は、上記第1の実施の形態のアンテナ装置100のうち、アンテナエレメント20を、図9に示すアンテナエレメント20Aに代えた構成である。このため、本変形例のアンテナ装置において、アンテナ装置100と同じ部分には、同じ符号を付して、その説明を省略する。
【0057】
アンテナエレメント20Aは、アンテナエレメント本体21と、突起部22Aと、を有する。
【0058】
突起部22Aは、矩形状の突起部であり、アンテナエレメント給電側部21aに接続されている。また、突起部22Aは、上記第1の実施の形態の突起部22よりも大きさが小さいが、一例であって、この大きさに限定されるものではない。なお、突起部22Aをアンテナエレメント接地側部21bに接続する構成としてもよい。
【0059】
以上、本変形例によれば、アンテナエレメント20Aを備えるアンテナ装置は、上記第1の実施の形態のアンテナ装置100と同様の効果を奏する。
【0060】
(第2の実施の形態)
図10図12を参照して、本発明に係る第2の実施の形態を説明する。図10は、本実施の形態のアンテナエレメント20B及び基板30からなるアンテナ装置100Bを示す斜視図である。図11は、本実施の形態のアンテナエレメント20Bの展開図である。図12(a)は、600[MHz]~1.3[GHz]の周波数帯における本実施の形態のアンテナ装置100BのVSWRの周波数特性を示す図である。図12(b)は、1.3[GHz]~3[GHz]の周波数帯における本実施の形態のアンテナ装置100BのVSWRの周波数特性を示す図である。図12(c)は、3.2[GHz]~5.2[GHz]の周波数帯における本実施の形態のアンテナ装置100BのVSWRの周波数特性を示す図である。
【0061】
図10に示すように、本実施の形態のアンテナ装置100Bは、トップカバー10及びブラケット40(図10上で図示略)と、アンテナエレメント20Bと、基板30と、を備える。
【0062】
本実施の形態のアンテナ装置100Bは、上記第1の実施の形態のアンテナ装置100のうち、アンテナエレメント20を、図10に示すアンテナエレメント20Bに代えた構成である。このため、本実施の形態のアンテナ装置100Bにおいて、アンテナ装置100と同じ部分には、同じ符号を付して、その説明を省略する。
【0063】
アンテナエレメント20Bは、テレマティクス用のアンテナにおける金属製(例えば、亜鉛めっきした鋼板)のアンテナエレメントであり、3次元の折り曲げ構造を有する。アンテナエレメント20Bのテレマティクス用のアンテナは、折り返しダイポールアンテナにより構成されている。
【0064】
図11に示すように、アンテナエレメント20Bは、1枚の金属製の平面板から作製される平面状(の展開形状)のアンテナエレメント本体21Bを有する。アンテナエレメント本体21は、対称線L1を境界として左右にシンメトリーな形状を有する。アンテナエレメント20Bは、第1の実施の形態及び変形例の突起部22,22Aを有しない。
【0065】
つぎに、図12(a)~図12(c)を参照して、アンテナ装置100Bのアンテナ特性を説明する。
【0066】
図10に示すように、アンテナ装置100Bとして、アンテナエレメント20Bが実装された基板30のアンテナ特性としてのVSWRの周波数特性を測定した。
【0067】
図12(a)に、600[MHz]~1.3[GHz]の周波数帯におけるアンテナ装置100Bの各周波数に対するVSWRを示す。図12(b)に、1.3[GHz]~3[GHz]の周波数帯におけるアンテナ装置100Bの各周波数に対するVSWRを示す。図12(c)に、3.2[GHz]~5.2[GHz]の周波数帯におけるアンテナ装置100Bの各周波数に対するVSWRを示す。
【0068】
図12(a)によると、600[MHz]~1.3[GHz]の周波数帯において、アンテナ装置100BのVSWRは、図8(a)のアンテナ装置100DのVSWRよりもおおむね低く共振がとれており、アンテナ特性が向上している。また、図12(b)によると、1.3[GHz]~3[GHz]の周波数帯において、アンテナ装置100BのVSWRは、図8(b)のアンテナ装置100DのVSWRよりもおおむね低く共振がとれており、アンテナ特性が向上している。また、図12(c)によると、3.2[GHz]~5.2[GHz]の周波数帯において、アンテナ装置100BのVSWRは、5以下となり、また図8(b)のアンテナ装置100DのVSWRよりも低く共振がとれており、アンテナ特性が向上している。
【0069】
以上、本実施の形態によれば、アンテナ装置100Bは、上記第1の実施の形態のアンテナ装置100に比べて、アンテナエレメント20Bが突起部を有さない。このため、アンテナ装置100Bの組立構造をより簡易化でき、より軽量化できる。
【0070】
(第3の実施の形態)
図13図16(c)を参照して、本発明に係る第2の実施の形態を説明する。図13は、本実施の形態のアンテナ部510,520及びブラケット40Cからなるアンテナシステム100Cを示す斜視図である。図14は、本実施の形態のアンテナエレメント20Cの展開図である。図15(a)は、600[MHz]~1.3[GHz]の周波数帯における本実施の形態のアンテナ部510のVSWRの周波数特性を示す図である。図15(b)は、1.3[GHz]~3[GHz]の周波数帯における本実施の形態のアンテナ部510のVSWRの周波数特性を示す図である。図15(c)は、3.2[GHz]~5.2[GHz]の周波数帯における本実施の形態のアンテナ部510のVSWRの周波数特性を示す図である。図16(a)は、600[MHz]~1.3[GHz]の周波数帯における本実施の形態のアンテナ部520のVSWRの周波数特性を示す図である。図16(b)は、1.3[GHz]~3[GHz]の周波数帯における本実施の形態のアンテナ部520のVSWRの周波数特性を示す図である。図16(c)は、3.2[GHz]~5.2[GHz]の周波数帯における本実施の形態のアンテナ部520のVSWRの周波数特性を示す図である。
【0071】
図13に示すように、本実施の形態のアンテナシステム100Cは、トップカバー(図13上で図示略)と、アンテナ装置としてのアンテナ部510,520と、ブラケット40Cと、を備える。アンテナ部510は、アンテナエレメント20Cと、基板30と、を備える。アンテナ部520は、アンテナエレメント20Cと、基板30と、を備える。
【0072】
このように、アンテナ部510,520は、同じ構成を有する。アンテナ部510,520は、例えば、MIMO(Multiple-Input and Multiple-Output)のアンテナとして機能する。MIMOは、無線通信において、送信機と受信機の双方で複数のアンテナ(アンテナシステム100Cではアンテナ部510,520の2台)を使い、通信速度、通信品質を向上させる技術である。
【0073】
アンテナ部510は、上記第1の実施の形態のアンテナ装置100(アンテナエレメント20、基板30)のうち、アンテナエレメント20を、図13に示すアンテナエレメント20Cに代えた構成である。このため、本実施の形態のアンテナ部510,520において、アンテナ装置100と同じ部分には、同じ符号を付して、その説明を省略する。
【0074】
アンテナエレメント20Cは、テレマティクス用のアンテナにおける金属製(例えば、亜鉛めっきした鋼板)のアンテナエレメントであり、3次元の折り曲げ構造を有する。アンテナエレメント20Cのテレマティクス用のアンテナは、折り返しダイポールアンテナにより構成されている。
【0075】
図14に示すように、アンテナエレメント20Cは、1枚の金属製の平面板から作製される平面状(の展開形状)のアンテナエレメント本体21C及び突起部22,23を有する。アンテナエレメント本体21Cは、対称線L1を境界として左右にシンメトリーな形状を有し、対称線L1を境界として、図14上の右側の部分をアンテナエレメント給電側部21cとし、図14上の左側の部分をアンテナエレメント接地側部21dとする。
【0076】
上記第1の実施の形態と同様の突起部22は、アンテナエレメント給電側部21cに接続されている。突起部23は、矩形状の突起部であり、アンテナエレメント接地側部21dに接続されている。なお、突起部23は、アンテナエレメント給電側部21cに接続される構成としてもよい。
【0077】
ブラケット40Cは、上記第1の実施の形態のブラケット40と同様の材質であり、アンテナ部510及び520を下面から支持する形状を有する。このように、ブラケット40Cは、アンテナ装置(アンテナ部)を収めるサイズが、アンテナ部510,520の配置数(ここでは2つ)に従って拡張されている。ケーブルC1は、一端がアンテナ部510の基板30の導電パターンに電気的に接続され、他端がTCUに接続される。ケーブルC1は、一端がアンテナ部520の基板30の導電パターンに電気的に接続され、他端がTCUに接続される。アンテナシステム100Cのトップカバー(図示略)は、上記第1の実施の形態のトップカバー10と同様の材質であり、ブラケット40Cに対応する形状とする。つまり、アンテナ部510及び520は、アンテナシステム100Cのトップカバーとブラケット40Cとの内部の空間に収納される。
【0078】
つぎに、図15(a)~図16(c)を参照して、アンテナシステム100Cのアンテナ特性を説明する。
【0079】
図13に示すように、アンテナシステム100Cにおいて、アンテナ部510,520のアンテナ特性としてのVSWRの周波数特性をそれぞれ測定した。
【0080】
図15(a)に、600[MHz]~1.3[GHz]の周波数帯におけるアンテナ部510の各周波数に対するVSWRを示す。図15(b)に、1.3[GHz]~3[GHz]の周波数帯におけるアンテナ部510の各周波数に対するVSWRを示す。図15(c)に、3.2[GHz]~5.2[GHz]の周波数帯におけるアンテナ部510の各周波数に対するVSWRを示す。
【0081】
図15(a)によると、600[MHz]~1.3[GHz]の周波数帯において、アンテナ部510のVSWRは、図8(a)のアンテナ装置100DのVSWRよりもおおむね低く共振がとれており、アンテナ特性が向上している。また、図15(b)によると、1.3[GHz]~3[GHz]の周波数帯において、アンテナ部510のVSWRは、5以下となり、また図8(b)のアンテナ装置100DのVSWRよりも低く共振がとれており、アンテナ特性が向上している。また、図15(c)によると、3.2[GHz]~5.2[GHz]の周波数帯において、アンテナ部510のVSWRは、5以下となり、また図8(b)のアンテナ装置100DのVSWRよりも低く共振がとれており、アンテナ特性が向上している。
【0082】
図16(a)に、600[MHz]~1.3[GHz]の周波数帯におけるアンテナ部520の各周波数に対するVSWRを示す。図16(b)に、1.3[GHz]~3[GHz]の周波数帯におけるアンテナ部520の各周波数に対するVSWRを示す。図16(c)に、3.2[GHz]~5.2[GHz]の周波数帯におけるアンテナ部520の各周波数に対するVSWRを示す。
【0083】
図16(a)によると、600[MHz]~1.3[GHz]の周波数帯において、アンテナ部520のVSWRは、図8(a)のアンテナ装置100DのVSWRよりもおおむね低く共振がとれており、アンテナ特性が向上している。また、図16(b)によると、1.3[GHz]~3[GHz]の周波数帯において、アンテナ部520のVSWRは、図8(b)のアンテナ装置100DのVSWRよりもおおむね低く共振がとれており、アンテナ特性が向上している。また、図16(c)によると、3.2[GHz]~5.2[GHz]の周波数帯において、アンテナ部520のVSWRは、5以下となり、また図8(b)のアンテナ装置100DのVSWRよりも低く共振がとれており、アンテナ特性が向上している。
【0084】
以上、本実施の形態によれば、アンテナシステム100Cは、アンテナ部510,520を備える。このため、複数のアンテナ装置(アンテナ部510,520)を小型化し、アンテナ特性を良好にするとともに、組立構造を簡易化するので、アンテナシステム100Cを小型化でき、アンテナシステム100Cのアンテナ特性を良好にできるとともに、アンテナシステム100Cの組立構造を簡易化できる。
【0085】
また、アンテナシステム100Cは、複数のアンテナ装置(アンテナ部510,520)を支持する非金属のブラケット40Cを備える。このため、大型の金属のブラケットを備えないので、アンテナシステム100Cを小型化及び軽量化できる。
【0086】
なお、上記実施の形態及び変形例における記述は、本発明に係るアンテナ装置、アンテナシステムの一例であり、これに限定されるものではない。例えば、上記各実施の形態の構成と変形例の構成との少なくとも2つを適宜組み合わせる構成としてもよい。
【0087】
また、上記実施の形態及び変形例では、アンテナ装置100,100B、アンテナシステム100Cが、基板30の導電体パターンに電気的に接続されたケーブルC,C1,C2を備える構成としたが、これに限定されるものではない。例えば、アンテナ装置100,100B、アンテナシステム100Cが、基板30の導電体パターンに電気的に接続されたコネクタを備える構成としてもよい。
【0088】
その他、上記実施の形態及び変形例におけるアンテナ装置の細部構成及び詳細動作に関しても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【0089】
100,100B,100D アンテナ装置
100C アンテナシステム
10,10D トップカバー
11 トップカバー本体
111 雄螺子
112 孔部
113 ラベル貼り付け部
12 取付部
121 雄螺子
13 ラベル
510,520 アンテナ部
20,20A,20B,20C,20D アンテナエレメント
21,21B,21C アンテナエレメント本体
211 給電点
212 接地点
21a,21c アンテナエレメント給電側部
21b,21d アンテナエレメント接地側部
22,22A,23 突起部
B1,B2,B3,B4,B5 折り曲げ部
L1 対称線
30,30D 基板
31 基板本体
311 アンテナエレメント接触領域
32 導電体パターン
321,322 アンテナパターン
33 孔部
40,40C,40D ブラケット
41 基体
42 取付用ボス
43 支持部
C,C1,C2,C3 ケーブル
I インストルメントパネル
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12
図13
図14
図15
図16
図17