特開 2023-93097 アンテナ装置

(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】P2023093097

(43)【公開日】2023-07-04

(54)【発明の名称】アンテナ装置

(51)【国際特許分類】

   H01Q 1/04 20060101AFI20230627BHJP

   H01Q 1/22 20060101ALI20230627BHJP

   H01Q 1/38 20060101ALI20230627BHJP

   H05K 9/00 20060101ALI20230627BHJP

   H05K 5/00 20060101ALI20230627BHJP

【ＦＩ】

H01Q1/04

H01Q1/22 Z

H01Q1/38

H05K9/00 G

H05K5/00 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021208510

(22)【出願日】2021-12-22

(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】110002952

【氏名又は名称】弁理士法人鷲田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】古谷 恒太

(72)【発明者】

【氏名】小俣 順一

【テーマコード（参考）】

4E360

5E321

5J046

5J047

【Ｆターム（参考）】

4E360AA03

4E360AB64

4E360BD03

4E360BD05

4E360CA02

4E360EA24

4E360EB03

4E360FA02

4E360FA12

4E360FA13

4E360GA34

4E360GA53

4E360GB99

4E360GC04

4E360GC08

5E321AA14

5E321BB60

5E321GG05

5J046AA04

5J046AA07

5J046AA12

5J046AB06

5J046AB07

5J046AB11

5J046AB13

5J046PA07

5J047AA04

5J047AA07

5J047AA12

5J047AB06

5J047AB07

5J047AB11

5J047AB13

5J047EF01

(57)【要約】

【課題】放射する電波の周波数が低い場合において、地表への放射指向性及び放射利得を改善可能なアンテナ装置を提供する。
【解決手段】アンテナ装置は、底部が地表に設置又は地中に埋設される筐体と、筐体内に収容され、回路を有する基板と、基板に配置され、回路からの給電により、低周波数帯の電波を放射するアンテナと、底部に配置され、基板以上の面積を有する導体と、を備える。導体は、底部において、筐体の外側に配置される、又は、筐体の内側に配置される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

底部が地表に設置又は地中に埋設される筐体と、
前記筐体内に収容され、回路を有する基板と、
前記基板に配置され、前記回路からの給電により、低周波数帯の電波を放射するアンテナと、
前記底部に配置され、前記基板以上の面積を有する導体と、
を備える、
アンテナ装置。

【請求項2】

前記導体は、前記底部において、前記筐体の外側に配置される、
請求項１に記載のアンテナ装置。

【請求項3】

前記導体は、前記底部において、前記筐体の内側に配置される、
請求項１に記載のアンテナ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アンテナ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

地表に設置又は地中に埋設して、電波を送受信するアンテナ装置が知られている。例えば、特許文献１には、マンホール内部に本体部分が設置され、電波を放射するアンテナをマンホールの鍵穴に装着したアンテナ装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００４－７２１０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、地表に設置又は地中に埋設するアンテナ装置は、アンテナ装置を小型化するため、地上にアンテナを出すよりも、アンテナ装置の筐体内にアンテナを収容する場合がある。このような場合、パッチアンテナ、プリントアンテナ、チップアンテナ等のアンテナを、アンテナ装置の基板上に配置することが考えられる。

【0005】

放射する電波の周波数が高い場合、小型化に適したパッチアンテナであれば、パッチアンテナが配置される基板自体が地板となり、放射する電波に対する地中の影響が少なく済み、放射する電波を地表への放射性指向に限定することができる。

【0006】

一方、放射する電波の周波数が低い場合、パッチアンテナではサイズが大きくなるため、プリントアンテナでは、逆Ｌアンテナや逆Ｆアンテナ、チップアンテナでは、小型のチップアンテナを使用することになる。プリントアンテナ、チップアンテナを使用する場合、地表と地中の双方向性の指向性アンテナになり、地中側の誘電率による減衰や反射の影響で放射指向性が大きく歪み、本来必要である地表への放射指向性及び放射利得にも多大な影響を与えてしまう。

【0007】

本発明の目的は、放射する電波の周波数が低い場合において、地表への放射指向性及び放射利得を改善可能なアンテナ装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明に係るアンテナ装置は、
底部が地表に設置又は地中に埋設される筐体と、
前記筐体内に収容され、回路を有する基板と、
前記基板に配置され、前記回路からの給電により、低周波数帯の電波を放射するアンテナと、
前記底部に配置され、前記基板以上の面積を有する導体と、
を備える。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、放射する電波の周波数が低い場合において、地表への放射指向性及び放射利得を改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施の形態に係るアンテナ装置であって、地中に埋設した状態における断面図である。

【図2】図１に示したアンテナ装置の斜視図である。

【図3】図１に示したアンテナ装置であって、地中に埋設した状態における斜視図である。

【図4A】従来のアンテナ装置のＸＺ平面における放射特性を示す図である。

【図4B】従来のアンテナ装置のＹＺ平面における放射特性を示す図である。

【図5A】図１に示したアンテナ装置のＸＺ平面における放射特性を示す図である。

【図5B】図１に示したアンテナ装置のＹＺ平面における放射特性を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

【0012】

本実施の形態では、直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を使用して説明する。後述する図においても共通の直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）で示している。Ｚ方向は鉛直方向であり、上方はＺ方向の＋側であり、下方はＺ方向の－側である。

【0013】

本実施の形態に係るアンテナ装置１０を、図１～図３を参照して説明する。

【0014】

図１は、本実施の形態のアンテナ装置１０であって、地中に埋設した状態における断面図である。図２は、アンテナ装置１０の斜視図である。図３は、アンテナ装置１０であって、地中に埋設した状態における斜視図である。

【0015】

アンテナ装置１０は、地表に設置又は地中に埋設して、電波を送受信する装置である。アンテナ装置１０は、例えば、車両の駐車状態を検知する駐車検知装置等に使用可能である。本実施の形態においては、一例として、図１に示すように、アンテナ装置１０を地中１００に埋設した場合を例示して説明を行う。なお、地中１００は、土に限らず、アスファルトの場合でもよい。

【0016】

アンテナ装置１０は、筐体２０、基板３０、アンテナ４０、導体５０等を有する。

【0017】

筐体２０は、下部筐体２１と上部筐体２２とを有する円筒状の収容容器である。下部筐体２１は上方に開口する下部収容空間２３ａを有し、上部筐体２２は下方に開口する上部収容空間２３ｂを有する。下部筐体２１に上部筐体２２を取り付けて、筐体２０を構成すると、下部収容空間２３ａと上部収容空間２３ｂとにより、収容空間２３が形成される。なお、図２及び図３においては、収容空間２３（下部収容空間２３ａ、上部収容空間２３ｂ）の図示は省略している。

【0018】

収容空間２３に基板３０及びアンテナ４０等が収容される。なお、収容空間２３には、基板３０を動作させるためのバッテリー等も収容されるが、ここでは、バッテリー等の図示は省略する。このような収容空間２３を有する筐体２０は、例えば、プラスチック等の樹脂部材から形成される。

【0019】

基板３０は、誘電体で構成される円形状のプリント基板であり、回路（図示省略）を有する。回路は、アンテナ４０と電気的に接続され、アンテナ４０に給電を行うことにより、アンテナ４０から低周波数帯の電波を放射させる。放射された低周波数帯の電波の反射波は、アンテナ４０とは別の受信用のアンテナ（図示省略）で受信され、回路は、受信された反射波の処理を行って、例えば、車両の駐車状態を検知する。

【0020】

アンテナ４０は、基板３０に形成された平面状のプリントアンテナである。ここでは、一例として、基板３０上において、円弧形状（逆Ｌ形状）に形成している。上述したように、基板３０の回路からの給電により、低周波数帯の電波を放射する。低周波数帯の電波としては、例えば、１ＧＨｚより小さい周波数帯である。なお、アンテナ４０としては、プリントアンテナに代えて、チップアンテナを用いてもよい。このようなアンテナ４０は、基本的には、基板３０を地板とするダイポールアンテナの特性となる。

【0021】

このようなアンテナ４０を有するアンテナ装置１０を、図１に示すように、地中１００に埋設する場合には、地表面１００ａから埋設穴１１０を掘削し、掘削された埋設穴１１０内にアンテナ装置１０を設置する。そして、埋設穴１１０内におけるアンテナ装置１０との隙間には、例えば、モルタル等を注入することで、埋設穴１１０内にアンテナ装置１０を埋め込む。

【0022】

このように、アンテナ装置１０を地中１００に埋め込んだ場合には、低周波数帯の電波は波長距離が長いため、地中１００側の誘電率による電波の減衰や反射の影響を受ける。そして、このような影響により、アンテナ４０から放射する電波の放射指向性が大きく歪み、地表側への放射指向性及び放射利得に大きな影響を与える。

【0023】

ここで、図４Ａは、従来のアンテナ装置のＸＺ平面における放射特性を示す図であり、また、図４Ｂは、従来のアンテナ装置のＹＺ平面における放射特性を示す図である。なお、ここでの従来のアンテナ装置は、一例として、図１に示すアンテナ装置１０から導体５０を除いた構成である。なお、図４Ａ、図４Ｂ及び後述する図５Ａ、図５Ｂにおける放射特性（放射利得）の数値の単位はｄＢである。

【0024】

従来のアンテナ装置を空中に配置した場合、アンテナ４０のＸＺ平面における放射特性は、図４Ａ中に実線で示すように、アンテナ４０を中心とする８の字状となる。また、アンテナ４０のＹＺ平面における放射特性は、図４Ｂ中に実線で示すように、アンテナ４０を中心とする円形状となる。

【0025】

このような従来のアンテナ装置を地中に埋設した場合、アンテナ４０のＸＺ平面における放射特性は、図４Ａ中に点線で示すように、地表側（図４Ａの中心より上側）では、実線で示す放射利得より小さくなる。また、地中側（図４Ａの中心より下側）では、実線で示す放射指向性より少し広い放射指向性になるが、放射指向性が歪んだ形状となり、また、全体として、実線で示す放射利得より小さくなる。

【0026】

また、アンテナ４０のＹＺ平面における放射特性は、図４Ｂ中に点線で示すように、地表側（図４Ｂの中心より上側）及び地中側（図４Ｂの中心より下側）において、全体として、放射指向性が歪んだ形状となり、また、実線で示す放射利得より小さくなる。

【0027】

このように、従来、アンテナ装置を地中に埋設する場合には、地中側の誘電率の影響があり、主に、放射指向性に歪みが生じる。

【0028】

そのため、本実施の形態では、筐体２０の下部筐体２１の底部２１１に導体５０を設けている。導体５０としては、例えば、銅箔等を用いることができる。

【0029】

導体５０は、筐体２０の外側である底部２１１の底部下面２１１ａに配置される。また、導体５０の面積は、アンテナ４０が配置される基板３０の面積以上の大きさである。導体５０の面積は、より大きいことが望ましく、底部２１１の底部下面２１１ａに配置する場合には、底部２１１の底部上面２１１ｂに配置する場合よりも、導体５０の面積を大きくすることができる。

【0030】

なお、導体５０は、筐体２０の内側である底部２１１の底部上面２１１ｂに配置されてもよい。この場合においても、導体５０の面積は、アンテナ４０が配置される基板３０の面積以上の大きさであればよい。

【0031】

また、アンテナ４０（基板３０）と導体５０との間の距離は、アンテナ４０が放射する電波の波長をλとすると、λ／２とすることが望ましい。なお、この距離は、筐体２０の厚さによっては、λ／２に足りない場合もあり得るが、その場合でも、ある程度は、以下に説明する作用、効果を得ることができる。

【0032】

このような導体５０を、アンテナ４０が配置される基板３０の下方側に配置することにより、双方向の放射特性、所謂、ダイポールアンテナの放射特性の地中側への放射指向性を導体５０で地表側へ反射することができる。これにより、反射した放射指向性を地表側への放射指向性と重ね合わせることで、放射利得を向上させることができる。

【0033】

また、地中１００側の誘電率による影響を導体５０で遮ることができる。これにより、地中側へ向かっていた放射指向性が略地表側の放射指向性となり、地表側への放射指向性の歪みがなくなり、等方性となり、地表側との通信を向上させることができる。

【0034】

図５Ａは、アンテナ装置１０のＸＺ平面における放射特性を示す図であり、また、図５Ｂは、アンテナ装置１０のＹＺ平面における放射特性を示す図である。

【0035】

アンテナ４０のＸＺ平面における放射特性について、従来のアンテナ装置を地中に埋設した場合と、導体５０を有するアンテナ装置１０を地中に埋設した場合とを、図４Ａ及び図５Ａを参照して比較する。図４Ａ及び図５Ａ中に点線で示すように、地表側（図４Ａ及び図５Ａの中心より上側）では、図５Ａ中に点線で示す放射特性は、図４Ａ中に点線で示す放射特性より、広い放射指向性になり、また、大きい放射利得となる。

【0036】

なお、地中側（図４Ａ及び図５Ａの中心より下側）では、図５Ａ中に点線で示す放射特性は、図４Ａ中に点線で示す放射特性より、狭い放射指向性になり、また、一部の方向で小さい放射利得となる。しかしながら、アンテナ装置１０は、地表側への放射指向性及び放射特性を改善できればよいので、このような特性でもよい。

【0037】

また、アンテナ４０のＹＺ平面における放射特性について、従来のアンテナ装置を地中に埋設した場合と、導体５０を有するアンテナ装置１０を地中に埋設した場合とを、図４Ｂ及び図５Ｂを参照して比較する。図４Ｂ及び図５Ｂ中に点線で示すように、地表側（図４Ｂ及び図５Ｂの中心より上側）では、図５Ｂ中に点線で示す放射特性は、図４Ｂ中に点線で示す放射特性より、広い放射指向性になり、また、大きい放射利得となる。

【0038】

なお、地中側（図４Ｂ及び図５Ｂの中心より下側）では、図５Ｂ中に点線で示す放射特性は、図４Ｂ中に点線で示す放射特性より、狭い放射指向性になり、また、小さい放射利得となる。しかしながら、アンテナ装置１０は、地表側への放射指向性及び放射特性を改善できればよいので、このような特性でもよい。

【0039】

以上説明したように、筐体２０の底部２１１に導体５０を設けることにより、アンテナ４０から放射する電波の地表側への放射特性（放射指向性及び放射利得）を改善することができる。そして、このようにして、地表側への電波の放射特性を改善できるので、アンテナ装置１０を地中１００に埋設することができ、また、筐体２０内にアンテナ４０を収容して、アンテナ装置１０を小型化することができる。

【0040】

なお、ここでは、アンテナ装置１０を地中１００に埋設しているが、アンテナ装置１０を地表に設置する場合でも、上述したように、上方側への放射指向性及び放射特性を改善することができる。

【0041】

以上、本発明の実施の形態について説明した。なお、以上の説明は、本発明の好適な実施の形態の例証であり、本発明の範囲はこれに限定されない。つまり、上記装置の構成や各部分の形状についての説明は一例であり、本発明の範囲においてこれらの例に対する様々な変更や追加が可能であることは明らかである。

【産業上の利用可能性】

【0042】

本発明に係るアンテナ装置は、底部が地表に設置又は地中に埋設される装置、例えば、例えば、車両の駐車状態を検知する駐車検知装置等に有用なものである。

【符号の説明】

【0043】

１０ アンテナ装置
２０ 筐体
２１ 下部筐体
２１１ 底部
２１１ａ 底部下面
２１１ｂ 底部上面
２２ 上部筐体
２３ 収容空間
２３ａ 下部収容空間
２３ｂ 上部収容空間
３０ 基板
４０ アンテナ
５０ 導体
１００ 地中
１００ａ 地表面
１１０ 埋設穴

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】