特許 7130444 アンテナユニット

(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】

(24)【登録日】2022-08-26

(45)【発行日】2022-09-05

(54)【発明の名称】アンテナユニット

(51)【国際特許分類】

   H01P 5/10 20060101AFI20220829BHJP

   H01P 5/08 20060101ALI20220829BHJP

   H01Q 7/00 20060101ALI20220829BHJP

【ＦＩ】

H01P5/10 C

H01P5/08 Z

H01Q7/00

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2018107433

(22)【出願日】2018-06-05

(65)【公開番号】P2019213044

(43)【公開日】2019-12-12

【審査請求日】2021-05-18

(73)【特許権者】

【識別番号】000006895

【氏名又は名称】矢崎総業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001771

【氏名又は名称】弁理士法人虎ノ門知的財産事務所

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 栄太

(72)【発明者】

【氏名】山田 邦彦

【審査官】佐藤 当秀

(56)【参考文献】

【文献】実公昭５１－０１６９８２（ＪＰ，Ｙ１）

【文献】特開平１１－２６６１２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－３２７００５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－１２５４１３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｐ ５／００－ ５／２２

Ｈ０１Ｑ ７／００－ ９／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１及び第２給電端を含んで構成され電波を送受信可能な平衡アンテナと、
線状に形成された導体部であり前記第１給電端に接続される第１接続端及び前記第２給電端に接続される第２接続端を有し前記第１接続端と前記第２接続端との間の長さが送受信される前記電波の半波長に相当する長さである線状導体部、及び、グランドとの電位差で表される不平衡電圧が印加され、前記第１接続端又は前記第２接続端の一方側から給電する給電部を含んで構成され、不平衡電圧及び平衡電圧を相互に変換可能であるバラン回路と、を備え、
前記平衡アンテナは、前記電波としての右旋円偏波又は左旋円偏波の一方の１波長に相当する長さであり円弧状に形成され前記第１給電端及び前記第２給電端を有する外側導体と、前記外側導体の内側に設けられ前記右旋円偏波又は前記左旋円偏波の他方の１波長に基づく長さであり円弧状に形成され前記右旋円偏波又は前記左旋円偏波の前記他方の円偏波の干渉を抑制する内側導体と、を含んで構成され、
前記線状導体部は、前記外側導体に接続され前記右旋円偏波又は前記左旋円偏波の前記一方の半波長に相当する長さであることを特徴とするアンテナユニット。

【請求項2】

前記平衡アンテナは、前記第１給電端及び前記第１接続端を連結する第１連結部と、前記第２給電端及び前記第２接続端を連結する第２連結部とを含んで構成され、
前記第１連結部及び前記第２連結部は、それぞれが同じ長さである請求項１に記載のアンテナユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アンテナユニットに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、アンテナユニットとして、例えば、特許文献１には、第１及び第２放射素子と、当該第１及び第２放射素子にそれぞれ電力を供給するための第１及び第２給電線とを備えたダイポールアンテナが開示されている。このダイポールアンテナは、第１給電線及び第２給電線をワイヤを介して接続し当該第１及び第２給電線の線路長を調整することでバラン回路を形成している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００１－２３７６３２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、上述の特許文献１に記載のダイポールアンテナは、例えば、ワイヤを介して第１及び第２給電線の線路長を調整するので部品点数が増加し、この点で更なる改善の余地がある。

【0005】

そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、バラン回路を適正に形成することができるアンテナユニット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】

【0006】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るアンテナユニットは、第１及び第２給電端を含んで構成され電波を送受信可能な平衡アンテナと、線状に形成された導体部であり前記第１給電端に接続される第１接続端及び前記第２給電端に接続される第２接続端を有し前記第１接続端と前記第２接続端との間の長さが送受信される前記電波の半波長に相当する長さである線状導体部、及び、グランドとの電位差で表される不平衡電圧が印加され、前記第１接続端又は前記第２接続端の一方側から給電する給電部を含んで構成され、不平衡電圧及び平衡電圧を相互に変換可能であるバラン回路と、を備え、前記平衡アンテナは、前記電波としての右旋円偏波又は左旋円偏波の一方の１波長に相当する長さであり円弧状に形成され前記第１給電端及び前記第２給電端を有する外側導体と、前記外側導体の内側に設けられ前記右旋円偏波又は前記左旋円偏波の他方の１波長に基づく長さであり円弧状に形成され前記右旋円偏波又は前記左旋円偏波の前記他方の円偏波の干渉を抑制する内側導体と、を含んで構成され、前記線状導体部は、前記外側導体に接続され前記右旋円偏波又は前記左旋円偏波の前記一方の半波長に相当する長さであることを特徴とする。

【0009】

上記アンテナユニットにおいて、前記平衡アンテナは、前記第１給電端及び前記第１接続端を連結する第１連結部と、前記第２給電端及び前記第２接続端を連結する第２連結部とを含んで構成され、前記第１連結部及び前記第２連結部は、それぞれが同じ長さであることが好ましい。

【発明の効果】

【0010】

本発明に係るアンテナユニットは、電波の半波長に相当する長さである線状導体部を含んで構成されるバラン回路を備えるので、バラン回路の部品点数の増加を抑制することができ、バラン回路を適正に形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、実施形態に係るアンテナユニットの構成例を示す平面図である。

【図2】図２は、実施形態に係るアンテナユニットの要部の構成例を示す平面図である。

【図3】図３は、実施形態に係るアンテナユニットのＶＳＷＲのシミュレーション結果を示す図である。

【図4】図４は、実施形態に係るアンテナユニットのＶＳＷＲの実測結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

【0013】

〔実施形態〕
実施形態に係るアンテナユニット１について説明する。アンテナユニット１は、例えば、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）の右旋円偏波を受信するユニットである。ここで、ＧＰＳの右旋円偏波は、例えば、周波数が１．５７５ＧＨｚである。アンテナユニット１は、例えば、車両に搭載され、当該車両のルーフ内部、フロントガラス、インストルメントパネル（樹脂部材）等の誘電体の設置面に設けられる。以下、アンテナユニット１について詳細に説明する。

【0014】

アンテナユニット１は、例えば、図１に示すように、フィルム１０と、平衡アンテナとしてのＧＰＳアンテナ２０と、バラン回路３０と、給電線４０とを備える。フィルム１０は、シート状に形成された絶縁部材である。フィルム１０は、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等により形成され、実装面１１を有している。フィルム１０の実装面１１には、ＧＰＳアンテナ２０、バラン回路３０、及び、給電線４０が設けられている。フィルム１０は、例えば、実装面１１が電波到来方向を向いた状態で車両のフロントガラス等の設置面に設けられる。

【0015】

ＧＰＳアンテナ２０は、ＧＰＳの右旋円偏波を受信するループアンテナである。ＧＰＳアンテナ２０は、例えば、銀ペースト等の導体がフィルム１０の実装面１１に印刷されて形成されている。ＧＰＳアンテナ２０は、外側導体２１と、内側導体２２とを含んで構成される。ＧＰＳアンテナ２０は、平衡アンテナであり、電荷が外側導体２１に対称に分布する。外側導体２１は、ＧＰＳの右旋円偏波を受信するアンテナである。外側導体２１は、外側円弧部２１ａと、第１連結部２１ｂと、第２連結部２１ｃとを含んで構成される。外側円弧部２１ａは、円弧状（円形状）に形成された部分である。外側円弧部２１ａは、周方向における一方側の端部である第１給電端２１Ｌと、周方向における他方側の端部である第２給電端２１Ｒとを含んで構成される。外側円弧部２１ａは、第１給電端２１Ｌから第２給電端２１Ｒに渡って円弧状（円形状）に形成されている。本実施形態では、第１給電端２１Ｌが正極であり、第２給電端２１Ｒが負極である。外側円弧部２１ａは、ＧＰＳの右旋円偏波の１波長に相当する長さから成る。つまり、外側円弧部２１ａは、第１給電端２１Ｌから第２給電端２１Ｒまでの長さが、ＧＰＳの右旋円偏波の１波長に相当する長さである。外側円弧部２１ａは、周方向において第１給電端２１Ｌと第２給電端２１Ｒとの間に隙間を有する。

【0016】

第１連結部２１ｂは、外側導体２１とバラン回路３０とを連結する部分である。第１連結部２１ｂは、外側導体２１の径方向に沿って延在し第２連結部２１ｃと並んで設けられる。第１連結部２１ｂは、延在方向における長さが第２連結部２１ｃと同じ長さである。第１連結部２１ｂは、外側導体２１の第１給電端２１Ｌとバラン回路３０の第１接続端３１Ｌ（図２参照）とを連結する。第１連結部２１ｂでは、外側導体２１の第１給電端２１Ｌとバラン回路３０の第１接続端３１Ｌとの間で電流が流れる。

【0017】

第２連結部２１ｃは、外側導体２１とバラン回路３０とを連結する部分である。第２連結部２１ｃは、外側導体２１の径方向に沿って延在し第１連結部２１ｂと並んで設けられる。第２連結部２１ｃは、延在方向における長さが第１連結部２１ｂと同じ長さである。第２連結部２１ｃは、外側導体２１の第２給電端２１Ｒとバラン回路３０の第２接続端３１Ｒとを連結する。第２連結部２１ｃでは、外側導体２１の第２給電端２１Ｒとバラン回路３０の第２接続端３１Ｒとの間で電流が流れる。

【0018】

外側導体２１は、電流が外側円弧部２１ａの周方向に沿って第１給電端２１Ｌと第２給電端２１Ｒとの間で流れる。本実施形態では、外側導体２１は、ＧＰＳの右旋円偏波を受信するので、フィルム１０の実装面１１を視て、電流が第１給電端２１Ｌと第２給電端２１Ｒとの間で時計回りに流れる。つまり、外側導体２１は、ＧＰＳの右旋円偏波を受信時に、電流が正極の第１給電端２１Ｌから負極の第２給電端２１Ｒに向けて流れる。

【0019】

内側導体２２は、ＧＰＳアンテナ２０が左旋円偏波を受信することを抑制する部分である。つまり、内側導体２２は、ＧＰＳの左旋円偏波がＧＰＳの右旋円偏波に干渉することを抑制する部分である。内側導体２２は、外側導体２１の内側に設けられ、内側円弧部２２ａと、連結部２２ｂとを含んで構成される。内側円弧部２２ａは、円弧状（円形状）に形成された部分である。内側円弧部２２ａは、周方向における一方側の端部である内側一端２２Ｌと、周方向における他方側の端部である内側他端２２Ｒとを含んで構成される。内側円弧部２２ａは、内側一端２２Ｌから内側他端２２Ｒに渡って円弧状（円形状）に形成されている。内側円弧部２２ａは、ＧＰＳの左旋円偏波の１波長に基づく長さから成る。つまり、内側円弧部２２ａは、内側一端２２Ｌから内側他端２２Ｒまでの長さが、ＧＰＳの左旋円偏波の１波長に基づく長さである。内側円弧部２２ａは、内側他端２２Ｒが連結部２２ｂを介して第２給電端２１Ｒに接続され、内側一端２２Ｌが非接続状態で外側導体２１の内側に位置する。内側円弧部２２ａは、周方向において内側一端２２Ｌと内側他端２２Ｒとの間に隙間を有する。

【0020】

内側導体２２は、フィルム１０の実装面１１を視て、電流が内側一端２２Ｌと内側他端２２Ｒとの間で外側導体２１とは逆向きに流れる。内側導体２２は、例えば、電流が内側円弧部２２ａの周方向に沿って内側他端２２Ｒから内側一端２２Ｌに向けて流れる。つまり、内側導体２２は、フィルム１０の実装面１１を視て、電流が内側他端２２Ｒから内側一端２２Ｌに向けて反時計回りに流れる。

【0021】

連結部２２ｂは、内側円弧部２２ａの内側他端２２Ｒと外側導体２１の第２給電端２１Ｒとを接続する部分である。連結部２２ｂは、内側円弧部２２ａの径方向に沿って延在する。連結部２２ｂでは、内側円弧部２２ａの内側他端２２Ｒと外側導体２１の第２給電端２１Ｒとの間で電流が流れる。

【0022】

バラン回路３０は、不平衡電圧及び平衡電圧を相互に変換可能な回路である。ここで、不平衡電圧とは、グランドとの電位差で表される電圧である。平衡電圧とは、二つの電圧の電位差で表される電圧である。バラン回路３０は、外側導体２１に接続され、外側導体２１から出力される平衡電圧の位相を１８０°ずらして不平衡電圧に変換する。バラン回路３０は、図２に示すように、パターン導体３１を含んで構成される。パターン導体３１は、線状に形成された導体であり、例えば、銀ペースト等の導体がフィルム１０の実装面１１に印刷されて形成されている。

【0023】

パターン導体３１は、線状導体部としてのバラン回路本体部３１ａと、給電部３１ｂとを含んで構成される。バラン回路本体部３１ａは、例えば、メアンダ形状に形成されている。バラン回路本体部３１ａは、メアンダ形状に形成されることで省スペース化を実現できる。なお、バラン回路本体部３１ａは、メアンダ形状に限定されず、その他の形状であってもよい。バラン回路本体部３１ａは、第１接続端３１Ｌと、第２接続端３１Ｒとを有する。第１接続端３１Ｌは、バラン回路本体部３１ａが延在する延在方向において一方側の端部である。第１接続端３１Ｌは、第１連結部２１ｂを介して外側導体２１の第１給電端２１Ｌに接続される。第２接続端３１Ｒは、バラン回路本体部３１ａが延在する延在方向において他方側の端部である。第２接続端３１Ｒは、第２連結部２１ｃを介して外側導体２１の第２給電端２１Ｒに接続される。バラン回路本体部３１ａは、ＧＰＳの右旋円偏波の半波長に相当する長さである。つまり、バラン回路本体部３１ａは、第１接続端３１Ｌと第２接続端３１Ｒとの間の長さ（パターン長）が、ＧＰＳの右旋円偏波の半波長に相当する長さである。

【0024】

給電部３１ｂは、電力を給電する部分である。給電部３１ｂは、この例では、バラン回路本体部３１ａの第２接続端３１Ｒ側に接続されている。給電部３１ｂは、例えば、Ｌ字形状に形成され、一方の端部がバラン回路本体部３１ａの第２接続端３１Ｒ側に接続され、他方の端部が給電線４０に接続される。給電部３１ｂは、バラン回路本体部３１ａの第２接続端３１Ｒ側から給電する。

【0025】

バラン回路３０は、ＧＰＳアンテナ２０で受信した電波の電力（平衡電圧）の位相を１８０°ずらして不平衡電圧に変換する。つまり、バラン回路３０は、ＧＰＳアンテナ２０の第１及び第２給電端２１Ｌ、２１Ｒにおける電波の電力（平衡電圧）の位相を１８０°ずらして不平衡電圧に変換する。不平衡電圧に変換された電力は、給電部３１ｂを介して給電線４０に出力される。

【0026】

給電線４０は、電流が流れる電線である。給電線４０は、例えば、ＧＰＳアンテナ２０で受信した電波の電力を出力するための電線である。給電線４０は、例えば、銀ペースト等の導体がフィルム１０の実装面１１に印刷されて形成されている。給電線４０は、一方の端部がバラン回路３０の給電部３１ｂに接続され、他方の端部が受信端末（図示省略）に接続される。給電線４０は、ＧＰＳアンテナ２０で受信した電波の信号（電力）を受信端末に出力する。受信端末は、給電線４０を介してＧＰＳアンテナ２０から出力された信号を受信する。

【0027】

次に、図３及び図４を参照してアンテナユニット１のＶＳＷＲ（電圧定在波比；Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｔａｎｄｉｎｇ Ｗａｖｅ Ｒａｔｉｏ）について説明する。図３は、アンテナユニット１のＶＳＷＲのシミュレーション結果を示す図であり、縦軸がＶＳＷＲを表し、横軸が周波数（ＧＨｚ）を表す。図３に示すシミュレーション結果によれば、ＧＰＳアンテナ２０は、ＶＳＷＲが１．６程度（図中Ｐ１）であり電力効率が相対的によいことが分かる。図４は、アンテナユニット１のＶＳＷＲの実測結果を示す図であり、縦軸がＶＳＷＲを表し、横軸が周波数（ＧＨｚ）を表す。図４に示す実測結果によれば、ＧＰＳアンテナ２０は、ＶＳＷＲが１．６程度（図中Ｐ２）であり、シミュレーション結果と同様に電力効率が相対的によいことが分かる。

【0028】

以上のように、実施形態に係るアンテナユニット１は、ＧＰＳアンテナ２０と、バラン回路３０とを備える。ＧＰＳアンテナ２０は、第１及び第２給電端２１Ｌ、２１Ｒを含んで構成され、電波を受信可能なアンテナである。バラン回路３０は、バラン回路本体部３１ａ及び給電部３１ｂを含んで構成される。バラン回路本体部３１ａは、線状に形成された導体部であり、第１給電端２１Ｌに接続される第１接続端３１Ｌ、及び、第２給電端２１Ｒに接続される第２接続端３１Ｒを有する。バラン回路本体部３１ａは、第１接続端３１Ｌと第２接続端３１Ｒとの間の長さ（パターン長）が、受信される右旋円偏波の半波長に相当する長さである。給電部３１ｂは、第２接続端３１Ｒ側から給電する。バラン回路３０は、不平衡電圧及び平衡電圧を相互に変換可能である。

【0029】

この構成により、アンテナユニット１は、バラン回路３０をパターン導体３１のみで形成することができるので、バラン回路３０の部品点数の増加を抑制することができる。これにより、アンテナユニット１は、バラン回路３０の構成を簡略化することができ、製造コストを抑制することができる。この結果、アンテナユニット１は、バラン回路３０を適正に形成することができる。また、アンテナユニット１は、バラン回路３０により平衡電圧の位相を１８０°ずらして不平衡電圧に変換することができる。これにより、アンテナユニット１は、ＧＰＳアンテナ２０に不平衡給電を行うことができる。従って、アンテナユニット１は、ＧＰＳアンテナ２０と不平衡の給電側とのインピーダンスを整合させることができ、アンテナ性能を適正に発揮することができる。

【0030】

上記アンテナユニット１において、ＧＰＳアンテナ２０は、外側導体２１を含んで構成される。外側導体２１は、右旋円偏波の１波長に相当する長さであり、円弧状に形成され、第１給電端２１Ｌ及び第２給電端２１Ｒを有する。バラン回路本体部３１ａは、外側導体２１に接続され、右旋円偏波の半波長に相当する長さである。この構成により、アンテナユニット１は、ＧＰＳの右旋円偏波を受信することができる。また、アンテナユニット１は、外側導体２１から出力される平衡電圧の位相を１８０°ずらして不平衡電圧に変換することができる。

【0031】

上記アンテナユニット１において、ＧＰＳアンテナ２０は、内側導体２２を含んで構成される。内側導体２２は、外側導体２１の内側に設けられ、左旋円偏波の１波長に基づく長さであり、円弧状に形成され、左旋円偏波の干渉を抑制する。この構成により、アンテナユニット１は、ＧＰＳの右旋円偏波を適正に受信することができる。

【0032】

上記アンテナユニット１において、ＧＰＳアンテナ２０は、第１給電端２１Ｌ及び第１接続端３１Ｌを連結する第１連結部２１ｂと、第２給電端２１Ｒ及び第２接続端３１Ｒを連結する第２連結部２１ｃとを含んで構成される。第１連結部２１ｂ及び第２連結部２１ｃは、それぞれが同じ長さである。この構成により、アンテナユニット１は、外側導体２１から出力される平衡電圧の位相を１８０°ずらして不平衡電圧に変換することができる。

【0033】

〔変形例〕
次に、実施形態の変形例について説明する。アンテナユニット１は、右旋円偏波を受信する例について説明したが、これに限定されず、左旋円偏波を受信するようにしてもよい。

【0034】

平衡アンテナとしてＧＰＳアンテナ２０を例に挙げて説明したが、これに限定されない。平衡アンテナは、例えば、ＥＴＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｏｌｌ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）や衛星放送等の電波を受信可能なループアンテナであってもよい。また、平衡アンテナは、電波を送受信可能なダイポールアンテナであってもよい。

【0035】

給電部３１ｂは、第２接続端３１Ｒ側から給電する例について説明したが、これに限定されない。給電部３１ｂは、平衡アンテナの種類や送受信する電波によっては第１接続端３１Ｌ側から給電してもよい。

【0036】

給電線４０は、ＧＰＳアンテナ２０で受信した電波の電力を出力するための電線である例について説明したが、これに限定されない。給電線４０は、例えば、平衡アンテナの種類や送受信する電波によっては平衡アンテナに電力を出力するための電線であってもよい。

【0037】

ＧＰＳアンテナ２０、バラン回路３０、及び、給電線４０は、フィルム１０の実装面１１に銀ペースト等の導体が印刷されて形成される例について説明したが、これに限定されず、導電性インク、導体薄膜等の導体により形成されてもよい。

【0038】

第１給電端２１Ｌ及び第１接続端３１Ｌは、第１連結部２１ｂを介して接続される例について説明したが、これに限定されない。第１給電端２１Ｌ及び第１接続端３１Ｌは、例えば、第１連結部２１ｂを介さずに直接接続されてもよい。また、第２給電端２１Ｒ及び第２接続端３１Ｒは、第２連結部２１ｃを介して接続される例について説明したが、これに限定されない。第２給電端２１Ｒ及び第２接続端３１Ｒは、例えば、第２連結部２１ｃを介さずに直接接続されてもよい。

【符号の説明】

【0039】

１ アンテナユニット
２０ ＧＰＳアンテナ（平衡アンテナ）
２１ 外側導体
２１ｂ 第１連結部
２１ｃ 第２連結部
２１Ｌ 第１給電端
２１Ｒ 第２給電端
２２ 内側導体
３０ バラン回路
３１ａ バラン回路本体部（線状導体部）
３１ｂ 給電部
３１Ｌ 第１接続端
３１Ｒ 第２接続端

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】