特許 7611922 車載用アンテナ装置

(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】

(24)【登録日】2024-12-26

(45)【発行日】2025-01-10

(54)【発明の名称】車載用アンテナ装置

(51)【国際特許分類】

   H01Q 1/32 20060101AFI20241227BHJP

   H01Q 5/392 20150101ALI20241227BHJP

   H01Q 9/30 20060101ALI20241227BHJP

【ＦＩ】

H01Q1/32 Z

H01Q5/392

H01Q9/30

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2022540277

(86)(22)【出願日】2021-07-26

(86)【国際出願番号】 JP2021027479

(87)【国際公開番号】W WO2022024966

(87)【国際公開日】2022-02-03

【審査請求日】2024-02-09

(31)【優先権主張番号】P 2020126223

(32)【優先日】2020-07-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000006758

【氏名又は名称】株式会社ヨコオ

(74)【代理人】

【識別番号】100110928

【弁理士】

【氏名又は名称】速水 進治

(74)【代理人】

【識別番号】100127236

【弁理士】

【氏名又は名称】天城 聡

(72)【発明者】

【氏名】原 文平

【審査官】佐藤 当秀

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－０８８１９８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｑ １／３２

Ｈ０１Ｑ ５／３９２

Ｈ０１Ｑ ９／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

アンテナベースと、
前記アンテナベースとともに、収容空間を形成するアンテナケースと、
前記収容空間に収容されるモノポールアンテナと、
前記モノポールアンテナの上方に設けられた無給電素子と、
を備え、
前記無給電素子が、互いに離間した複数の素子部分から構成されている、車載用アンテナ装置。

【請求項2】

アンテナベースと、
前記アンテナベースとともに、収容空間を形成するアンテナケースと、
前記収容空間に収容されるモノポールアンテナと、
前記モノポールアンテナの上方に設けられた無給電素子と、
を備え、
前記無給電素子が、ラジオ放送用アンテナの一部分として機能する、車載用アンテナ装置。

【請求項3】

アンテナベースと、
前記アンテナベースとともに、収容空間を形成するアンテナケースと、
前記収容空間に収容されるモノポールアンテナと、
前記モノポールアンテナの上方に設けられた無給電素子と、
を備え、
λを前記モノポールアンテナの動作周波数のうち、前記無給電素子によって利得を増強させる周波数の波長としたとき、無給電素子の前記モノポールアンテナ側の端部と、前記モノポールアンテナの前記無給電素子側の端部と、の間の距離がλ／２－λ／４以上λ／２＋λ／４以下である、車載用アンテナ装置。

【請求項4】

前記無給電素子が２次放射素子として機能する、請求項１～３のいずれか一項に記載の車載用アンテナ装置。

【請求項5】

前記モノポールアンテナがテレマティクス用アンテナである、請求項１～４のいずれか一項に記載の車載用アンテナ装置。

【請求項6】

複数の前記モノポールアンテナを備える、請求項１～５のいずれか一項に記載の車載用アンテナ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車載用アンテナ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、セルラーアンテナを備える様々な車載用アンテナ装置が開発されている。例えば特許文献１において、セルラーアンテナは、アンテナベースに対して垂直に立てられた絶縁性基板と、絶縁性基板に設けられた導電部と、を有している。特許文献２において、セルラーアンテナは、板金を折り曲げて形成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】国際公開第２０１７／１９１８１１号

【文献】米国特許第９０９３７５０号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

近年、第５世代移動通信システム（５Ｇ）、特に、Ｓｕｂ－６、Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｒａｎｇｅ １（ＦＲ１）等の６ＧＨｚ未満の周波数帯域での需要が高まっている。このような需要によって、近年では、５ＧＨｚ～６ＧＨｚ等の高周波数帯域を含む広帯域での高利得が要請されている。同時に、アンテナの小型化も求められている。一方、例えば特許文献１及び２に記載されているように、絶縁性基板に設けられた導電部や、折り曲げられた板金等によって構成されたセルラーアンテナのみでは、アンテナを小型化した場合に高周波帯域の水平面方向における利得、すなわち、高周波帯域の所望の方向における利得の確保が難しくなり得る。

【0005】

本発明の目的の一例は、アンテナを小型化しつつ高周波数帯域の所望の方向における利得を確保することにある。本発明の他の目的は、本明細書の記載から明らかにする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様は、
アンテナベースと、
前記アンテナベースとともに、収容空間を形成するアンテナケースと、
前記収容空間に収容されるモノポールアンテナと、
前記モノポールアンテナの上方に設けられた無給電素子と、
を備える車載用アンテナ装置である。

【発明の効果】

【0007】

本発明の上記態様によれば、アンテナを小型化しつつ高周波数帯域の所望の方向における利得を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態１に係る車載用アンテナ装置の斜視図である。

【図2】比較例に係る車載用アンテナ装置の斜視図である。

【図3】実施形態１に係る車載用アンテナ装置の第１モノポールアンテナの周波数６ＧＨｚでの利得の放射パターンを示すグラフである。

【図4】比較例に係る車載用アンテナ装置の第１モノポールアンテナの周波数６ＧＨｚでの利得の放射パターンを示すグラフである。

【図5】実施形態１に係る車載用アンテナ装置の第２モノポールアンテナの周波数６ＧＨｚでの利得の放射パターンを示すグラフである。

【図6】比較例に係る車載用アンテナ装置の第２モノポールアンテナの周波数６ＧＨｚでの利得の放射パターンを示すグラフである。

【図7】実施形態１に係る車載用アンテナ装置の第１モノポールアンテナの水平面方向における平均利得及び比較例に係る車載用アンテナ装置の第１モノポールアンテナの水平面方向における平均利得の１．５ＧＨｚ～６ＧＨｚの周波数特性を示すグラフである。

【図8】実施形態１に係る車載用アンテナ装置の第２モノポールアンテナの水平面方向における平均利得及び比較例に係る車載用アンテナ装置の第２モノポールアンテナの水平面方向における平均利得の１．５ＧＨｚ～６ＧＨｚの周波数特性を示すグラフである。

【図9】実施形態２に係る車載用アンテナ装置の斜視図である。

【図10】第１フィルタのＳパラメータの順方向伝達係数Ｓ２１の０～７ＧＨｚの周波数特性を示すグラフである。

【図11】実施形態１に係る車載用アンテナ装置の第１モノポールアンテナの水平面方向における平均利得、実施形態２に係る車載用アンテナ装置の第１モノポールアンテナの水平面方向における平均利得及び比較例に係る車載用アンテナ装置の第１モノポールアンテナの水平面方向における平均利得の１．５ＧＨｚ～６ＧＨｚの周波数特性を示すグラフである。

【図12】実施形態１に係る車載用アンテナ装置の第２モノポールアンテナの水平面方向における平均利得、実施形態２に係る車載用アンテナ装置の第２モノポールアンテナの水平面方向における平均利得及び比較例に係る車載用アンテナ装置の第２モノポールアンテナの水平面方向における平均利得の１．５ＧＨｚ～６ＧＨｚの周波数特性を示すグラフである。

【図13】実施形態２に係る車載用アンテナ装置のＡＭ／ＦＭラジオ放送用アンテナの水平面方向における平均利得及び比較例に係る車載用アンテナ装置のＡＭ／ＦＭラジオ放送用アンテナの水平面方向における平均利得の８０ＭＨｚ～１２０ＭＨｚの周波数特性を示すグラフである。

【図14】変形例に係る車載用アンテナ装置の斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

【0010】

本明細書において、「第１」、「第２」、「第３」等の序数詞は、特に断りのない限り、同様の名称が付された構成を単に区別するために付されたものであり、構成の特定の特徴（例えば、順番又は重要度）を意味するものではない。

【0011】

図１は、実施形態１に係る車載用アンテナ装置１０Ａの斜視図である。

【0012】

図１において、第１方向Ｘ、第２方向Ｙ及び第３方向Ｚは、それぞれ、車載用アンテナ装置１０Ａの前後方向、左右方向及び上下方向を示している。第１方向Ｘを示す矢印の方向である第１方向Ｘの正方向は、車載用アンテナ装置１０Ａの前方向を示している。第１方向Ｘを示す矢印の反対方向である第１方向Ｘの負方向は、車載用アンテナ装置１０Ａの後方向を示している。第２方向Ｙを示す矢印の方向である第２方向Ｙの正方向は、車載用アンテナ装置１０Ａの左方向を示している。第２方向Ｙを示す矢印の反対方向の第２方向Ｙの負方向は、車載用アンテナ装置１０Ａの右方向を示している。第３方向Ｚを示す矢印の方向である第３方向Ｚの正方向は、車載用アンテナ装置１０Ａの上方向を示している。第３方向Ｚを示す矢印の反対方向の第３方向Ｚの負方向は、車載用アンテナ装置１０Ａの下方向を示している。また、本実施形態における水平面方向とは、ＸＹ平面に平行な方向を意味している。後述する図２、図９及び図１４においても同様である。

【0013】

車載用アンテナ装置１０Ａは、アンテナベース１００、第１アンテナ部１２、第２アンテナ部１４、第３アンテナ部１６、第４アンテナ部１８及びアンテナケース６００を備えている。アンテナケース６００は、アンテナベース１００を上方から覆い、収容空間を形成している。第１アンテナ部１２、第２アンテナ部１４、第３アンテナ部１６及び第４アンテナ部１８は、アンテナケース６００の収容空間に収容されている。なお、図１では、アンテナケース６００は、透過して描写されている。

【0014】

アンテナベース１００は、車両のルーフ上に搭載されている。ルーフは、グランドとなっている。

【0015】

第１アンテナ部１２は、第１基板１１２、アンテナエレメント２００及び第１無給電素子３００を有している。

【0016】

アンテナエレメント２００は、アンテナベース１００上に配置された第１基板１１２上に設けられている。第１基板１１２は、例えば、ＰＣＢ（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）である。

【0017】

アンテナエレメント２００は、複数のモノポールアンテナを有している。具体的には、アンテナエレメント２００は、第１モノポールアンテナ２１０及び第２モノポールアンテナ２２０を有している。第１モノポールアンテナ２１０は、第１セクション２１２及び第２セクション２１４を含んでいる。第２モノポールアンテナ２２０は、第３セクション２２２及び第４セクション２２４を含んでいる。第１モノポールアンテナ２１０及び第２モノポールアンテナ２２０は、それぞれ、第１基板１１２上に設けられた第１ポート２１６及び第２ポート２２６に接続されている。第１ポート２１６に接続される第１セクション２１２及び第２セクション２１４、第２ポート２２６に接続される第３セクション２２２及び第４セクション２２４が後述する自己相似形状を有するので、第１モノポールアンテナ２１０及び第２モノポールアンテナ２２０は、広帯域で動作することができる。なお、アンテナエレメント２００は、単一のモノポールアンテナのみを有していてもよい。第１モノポールアンテナ２１０及び第２モノポールアンテナ２２０の各々は、テレマティクス用アンテナであり、例えば、セルラーアンテナである。また、第１モノポールアンテナ２１０及び第２モノポールアンテナ２２０の各々は、例えば、垂直偏波の送信及び受信の少なくとも一方を行う。ただし、第１モノポールアンテナ２１０及び第２モノポールアンテナ２２０の各々は、Ｖ２Ｘ（Ｖｅｈｉｃｌｅ－ｔｏ－ｅｖｅｒｙｔｈｉｎｇ）用アンテナ、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）用アンテナ等、セルラーアンテナと異なるアンテナであってもよい。

【0018】

本実施形態において、モノポールアンテナとは、車両のルーフ等のグランドに対向する給電部を有していて、当該給電部を挟んでグランドの反対側に動作周波数帯の下限の波長のおおよそ１／４の長さのセクションを放射素子として有するアンテナである。このような構造においては、グランドを挟んで当該セクションの反対側に仮想的なもう１つの放射素子が配置されているようにして、モノポールアンテナは動作することができる。例えば、モノポールアンテナは、疑似的にテーパードスロットアンテナやボウタイアンテナと同様にして動作することができる。

【0019】

第１モノポールアンテナ２１０は、例えば、板金からなっている。本実施形態では、第１モノポールアンテナ２１０は、略Ｕ字形状の板金を折り曲げることで形成されている。なお、第１モノポールアンテナ２１０は、ＰＣＢ等の基板に設けられた導電パターンからなっていてもよい。

【0020】

第１セクション２１２の下端及び第２セクション２１４の下端は、第１ポート２１６に接続されている。第１ポート２１６は、第１モノポールアンテナ２１０の給電部となっている。第１セクション２１２及び第２セクション２１４は、第１ポート２１６に関して対称な形状を有している。具体的には、第１セクション２１２の幅は、第１セクション２１２の下端から上端に向かうにつれて段階的に又は漸次的に大きくなっている。したがって、第１セクション２１２の上端の近傍における第１セクション２１２の幅は、第１セクション２１２の下端の近傍における第１セクション２１２の幅より広くなっている。第２セクション２１４の幅についても同様である。このようにして、第１モノポールアンテナ２１０は、自己相似形状となっている。第１モノポールアンテナ２１０が自己相似形状であることで、第１モノポールアンテナ２１０は広帯域で動作することができる。

【0021】

なお、自己相似形状のアンテナとして、バイコニカルアンテナやボウタイアンテナといった、スケール（サイズ比）を変えても形状が相似形状になるアンテナがある。自己相似形状のアンテナの前提として、アンテナの電気的特性は、アンテナサイズ又は周波数が変わっても原理的には同じ特性を示す。実際の設計では、インピーダンスの調整等のため、バイコニカルアンテナやボウタイアンテナ等の二等辺三角形の放射素子の形状を変形させ、本実施形態における第１モノポールアンテナ２１０のような形状とすることができる。このような場合であっても、自己相似形状により得られる一定の電気的特性を利用することができる。

【0022】

第２モノポールアンテナ２２０は、第１モノポールアンテナ２１０の前方に配置されている。第２モノポールアンテナ２２０は、例えば、板金からなっている。本実施形態では、第２モノポールアンテナ２２０は、略Ｕ字形状の板金からなっている。なお、第２モノポールアンテナ２２０は、ＰＣＢ等の基板に設けられた導電パターンからなっていてもよい。

【0023】

第３セクション２２２の下端及び第４セクション２２４の下端は、第２ポート２２６に接続されている。第２ポート２２６は、第２モノポールアンテナ２２０の給電部となっている。第３セクション２２２及び第４セクション２２４は、第２ポート２２６に関して対称な形状を有している。具体的には、第３セクション２２２の幅は、第３セクション２２２の下端から上端に向かうにつれて段階的に又は漸次的に大きくなっている。したがって、第３セクション２２２の上端の近傍における第３セクション２２２の幅は、第３セクション２２２の下端の近傍における第３セクション２２２の幅より広くなっている。第４セクション２２４の幅についても同様である。このようにして、第２モノポールアンテナ２２０は、自己相似形状となっている。

【0024】

なお、第１モノポールアンテナ２１０は、第１セクション２１２及び第２セクション２１４の一方のみを有していてもよい。同様にして、第２モノポールアンテナ２２０は、第３セクション２２２及び第４セクション２２４の一方のみを有していてもよい。すなわち、車載用アンテナ装置１０Ａは、少なくとも１つのセクションを備えるようにすることができる。例えば、車載用アンテナ装置１０Ａは、第１セクション２１２、第２セクション２１４、第３セクション２２２及び第４セクション２２４のうちの１つのみを備えていてもよい。

【0025】

第１モノポールアンテナ２１０又は第２モノポールアンテナ２２０の形状は本実施形態に係る略Ｕ字形状に限定されない。例えば、各モノポールアンテナは、棒状、板状、面状、扇形状、略Ｖ字形状等であってもよい。また、各モノポールアンテナは、自己相似形状でなくてもよい。

【0026】

第１無給電素子３００は、アンテナエレメント２００の上方に設けられている。具体的には、第１無給電素子３００の第３方向Ｚの負方向への射影が、第１モノポールアンテナ２１０と、第２モノポールアンテナ２２０と、第１モノポールアンテナ２１０及び第２モノポールアンテナ２２０の間の領域と、の少なくとも一部分と重なっている。例えば、第１無給電素子３００の第３方向Ｚの負方向への射影は、第１モノポールアンテナ２１０及び第２モノポールアンテナ２２０の一方と重なる一方で、第１モノポールアンテナ２１０及び第２モノポールアンテナ２２０の他方と重ならなくてもよい。

【0027】

第１無給電素子３００は、２次放射素子として機能している。２次放射素子とは、１次放射素子としてのアンテナエレメント２００によって生成されて放射された電波の水平面方向等の所定方向の利得の指向性を増強する素子のことを意味する。また、第１無給電素子３００は、５．５ＧＨｚ～６．０ＧＨｚ等の所定周波数においてアンテナエレメント２００と電気的に結合されている。具体的には、第１無給電素子３００は、第１モノポールアンテナ２１０及び第２モノポールアンテナ２２０の少なくとも一方の所定周波数での水平面方向での利得の指向性を増強させる素子として機能している。また、５．５ＧＨｚ～６．０ＧＨｚ等の所定周波数において、第１無給電素子３００は、アンテナエレメント２００に対して疑似的なアレイアンテナエレメントとして機能している。これによって、車載用アンテナ装置１０Ａは、アンテナエレメント２００から構成される波源と、第１無給電素子３００から構成される波源と、の２つの波源をあたかも備えるようになっている。第１無給電素子３００が設けられていることで、第１無給電素子３００が設けられていない場合と比較して、アンテナエレメント２００を小型化しつつ高周波数帯域の水平面方向における利得を確保することができる。図３～図８を用いて後述するように、第１無給電素子３００が設けられていることで、第１無給電素子３００が設けられていない場合と比較して、例えば周波数５．５ＧＨｚ～６．０ＧＨｚの利得を増加させることができる。これによって、アンテナエレメント２００及び第１無給電素子３００を含む放射素子は、水平面方向に指向性を有することになる。

【0028】

アンテナエレメント２００と第１無給電素子３００との間の距離を適切に調整することで、アンテナエレメント２００の水平面方向の利得を増強させることができる。例えば、第１無給電素子３００のアンテナエレメント２００側の端部と、アンテナエレメント２００の第１無給電素子３００側の端部と、の間の距離は、例えばλ／２－λ／４以上λ／２＋λ／４以下等、おおよそλ／２にすることができる。ここで、λは、アンテナエレメント２００の動作周波数のうち、第１無給電素子３００によって利得を増強させる周波数の波長である。当該距離がおおよそλ／２である場合、当該距離がおおよそλ／２から比較的大きく異なる場合と比較して、アンテナエレメント２００の水平面方向の利得を第１無給電素子３００によってより増強させることができる。

【0029】

第１無給電素子３００は、互いに離間した複数の素子部分からなっている。具体的には、第１無給電素子３００は、第１素子部分３１０及び第２素子部分３２０からなっている。なお、第１無給電素子３００は、単一の素子部分のみからなっていてもよいし、又は３つ以上の素子部分からなっていてもよい。第１無給電素子３００が複数の素子部分からなる場合、第１無給電素子３００が単一の素子部分からなる場合よりも、複数の素子部分を適切な配置に置くことで、第１無給電素子３００によって利得を大きく増加することができる。第１素子部分３１０及び第２素子部分３２０は、ＸＺ平面に関して対称に配置されている。具体的には、第１素子部分３１０は、第１素子部分３１０の下部が第１素子部分３１０の上部よりも第２方向Ｙの正方向側に位置するように、水平面方向から傾いている。これに対して、第２素子部分３２０は、第２素子部分３２０の下部が第２素子部分３２０の上部よりも第２方向Ｙの負方向側に位置するように、水平面方向から傾いている。この場合、第１素子部分３１０及び第２素子部分３２０が第３方向Ｚに平行に配置されている場合と比較して、第１無給電素子３００をアンテナケース６００の収容空間内に収容しやすくなる。なお、第１素子部分３１０及び第２素子部分３２０は、第３方向Ｚに平行に配置されていてもよい。

【0030】

なお、第１モノポールアンテナ２１０の上方に、少なくとも１つの素子部分を有する第１無給電素子が設けられ、第２モノポールアンテナ２２０の上方に、少なくとも１つの素子部分を有する他の第１無給電素子が設けられていてもよい。この場合、第１モノポールアンテナ２１０及び第２モノポールアンテナ２２０の上方に１つのみの第１無給電素子が設けられている場合と比較して、各モノポールアンテナ上の各第１無給電素子の形状、配置等の条件を各モノポールアンテナにより適した条件に合わせることができ、各モノポールアンテナ及び各第１無給電素子をより好適に動作させることができる。

【0031】

また、単一のモノポールアンテナの上方に単一の第１無給電素子が設けられる場合、モノポールアンテナのセクションの前端及び後端の少なくとも一方は、それぞれ、第１無給電素子の素子部分の前端及び後端の少なくとも一方と第３方向Ｚに実質的に揃うようにしてもよい。モノポールアンテナのセクションの前端及び後端と、第１無給電素子の素子部分の前端及び後端とは、高電位になりやすいため、モノポールアンテナのセクションの前端及び後端と、第１無給電素子の素子部分の前端及び後端と、を揃えることで、モノポールアンテナと第１無給電素子とを電気的に結合させやすくなる。

【0032】

第１素子部分３１０は、車載用アンテナ装置１０Ａの前後方向の長さが車載用アンテナ装置１０Ａの上下方向の辺の長さより長い四角形となっている。第１素子部分３１０のうち定在波が形成される部分の長さは、例えば、λ／２－λ／４以上λ／２＋λ／４以下等、おおよそλ／２にすることができる。特に、アンテナエレメント２００及び第１無給電素子３００によって垂直偏波を送受信する場合、車載用アンテナ装置１０Ａの上下方向における第１素子部分３１０の長さは、例えば、λ／２－λ／４以上λ／２＋λ／４以下等、おおよそλ／２にすることができる。ここで、λは、アンテナエレメント２００の動作周波数のうち、第１無給電素子３００によって利得を増強させる周波数の波長である。第１素子部分３１０の当該長さをおおよそλ／２にすることで、第１素子部分３１０での共振を生じさせやすくなり、第１素子部分３１０によって利得をより増強させやすくなる。また、アンテナエレメント２００の動作周波数のうち、利得を増強させる周波数より低い動作周波数帯では、第１モノポールアンテナ２１０又は第２モノポールアンテナ２２０と第１無給電素子３００との結合が弱くなり、第１無給電素子３００による影響を弱くすることができる。また、第１素子部分３１０は、三角形、五角形、六角形、八角形等、四角形以外の多角形であってもよい。第２素子部分３２０についても同様である。

【0033】

第１無給電素子３００は、例えば、板金からなっている。或いは、第１無給電素子３００は、導電パターンであってもよい。例えば、アンテナエレメント２００を保持する樹脂ホルダ等のホルダが第１基板１１２上に設けられている場合、第１無給電素子３００を構成する板金は、当該ホルダによって支持されていてもよいし、又は第１無給電素子３００を構成する導電パターンは、当該ホルダ上に形成されていてもよい。或いは、第１無給電素子３００は、アンテナケース６００に設けられていてもよい。

【0034】

第２アンテナ部１４は、第２基板１１４及び第１衛星アンテナ４１０を有している。

【0035】

第１衛星アンテナ４１０は、アンテナベース１００上に配置された第２基板１１４上に設けられている。第１衛星アンテナ４１０は、例えばＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）アンテナである。第２基板１１４は、例えばＰＣＢである。第１衛星アンテナ４１０は、パッチアンテナとなっている。第１衛星アンテナ４１０は、アンテナエレメント２００よりも前方に配置されている。

【0036】

第３アンテナ部１６は、第３基板１１６、第２衛星アンテナ４２０及び第２無給電素子４２２を有している。

【0037】

第２衛星アンテナ４２０は、アンテナベース１００上に配置された第３基板１１６上に設けられている。第２衛星アンテナは、例えばＳＸＭ（Ｓｉｒｉｕｓ ＸＭ）アンテナである。第３基板１１６は、例えばＰＣＢである。第２衛星アンテナ４２０は、パッチアンテナとなっている。第２衛星アンテナ４２０は、第１衛星アンテナ４１０よりも前方に配置されている。第２衛星アンテナ４２０上には、第２無給電素子４２２が配置されている。

【0038】

第４アンテナ部１８は、ＡＭ／ＦＭ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ／Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）ラジオ放送用アンテナ５００、第１ホルダ５１２及び第２ホルダ５２２を有している。

【0039】

ＡＭ／ＦＭラジオ放送用アンテナ５００は、ヘリカル素子５１０及び容量装荷素子５２０を有している。ヘリカル素子５１０は、アンテナベース１００上に設けられた第１ホルダ５１２に設けられた溝に沿って巻き付けられている、或いは、第１ホルダ５１２に設けられた突起に保持されている。容量装荷素子５２０は、第１ホルダ５１２と接続されている第２ホルダ５２２によって保持されている。ヘリカル素子５１０及び容量装荷素子５２０は、電気的に互いに接続されている。ＡＭ／ＦＭラジオ放送用アンテナ５００は、ヘリカル素子５１０及び容量装荷素子５２０によってＡＭ／ＦＭ放送の受信が可能になっている。ＡＭ／ＦＭラジオ放送用アンテナ５００はＡＭラジオ放送及びＦＭラジオ放送の少なくとも一方の受信が可能であればよい。

【0040】

なお、後述する実施形態２において詳細を後述するように、第１無給電素子３００がＡＭ／ＦＭラジオ放送用アンテナ５００の一部分として機能していてもよい。この場合、第１無給電素子３００は、第１無給電素子３００によって利得が増加される周波数を遮断するフィルタ、例えばノッチフィルタやローパスフィルタを介して容量装荷素子５２０に接続することができる。このフィルタが設けられていることで、第１無給電素子３００は、ＡＭ／ＦＭラジオ放送用アンテナ５００を構成する容量装荷素子の一部分となることができる。これによって、ＡＭ／ＦＭラジオ放送用アンテナ５００の容量装荷素子のサイズ（面積）を大きくすることができ、ＡＭ／ＦＭラジオ放送用アンテナ５００の性能を向上させることができる。また、第１無給電素子３００は、第２ホルダ５２２の後部を後方に延長させて、第２ホルダ５２２の当該延長部分に取り付けられていてもよい。

【0041】

本実施形態では、第１アンテナ部１２、第２アンテナ部１４及び第３アンテナ部１６は、互いに異なる基板を用いて形成されている。しかしながら、第１アンテナ部１２、第２アンテナ部１４及び第３アンテナ部１６のうちの少なくとも２つは、同一の基板を用いて形成されていてもよい。

【0042】

図２は、比較例に係る車載用アンテナ装置１０Ｋの斜視図である。比較例に係る車載用アンテナ装置１０Ｋは、第１無給電素子３００が設けられていない点を除いて、実施形態１に係る車載用アンテナ装置１０Ａと同様である。

【0043】

図３は、実施形態１に係る車載用アンテナ装置１０Ａの第１モノポールアンテナ２１０の周波数６ＧＨｚでの利得の放射パターンを示すグラフである。図４は、比較例に係る車載用アンテナ装置１０Ｋの第１モノポールアンテナ２１０の周波数６ＧＨｚでの利得の放射パターンを示すグラフである。図５は、実施形態１に係る車載用アンテナ装置１０Ａの第２モノポールアンテナ２２０の周波数６ＧＨｚでの利得の放射パターンを示すグラフである。図６は、比較例に係る車載用アンテナ装置１０Ｋの第２モノポールアンテナ２２０の周波数６ＧＨｚでの利得の放射パターンを示すグラフである。

【0044】

図３～図６に示す第１方向Ｘ、第２方向Ｙ及び第３方向Ｚは、図１及び図２に示した第１方向Ｘ、第２方向Ｙ及び第３方向Ｚと同様である。なお、図３～図６において、第２方向Ｙを示す黒点付き白丸は、紙面の奥から手前に向かう方向が第２方向Ｙの正方向であり、紙面の手前から奥に向かう方向が第２方向Ｙの負方向であることを示す。

【0045】

各グラフにおいて、グラフの中心から放射状に延びる破線は、方位（単位：ｄｅｇ）を示している。また、グラフの中心に関して同心円状に広がる破線は、利得（単位：ｄＢｉ）を示している。

【0046】

図３及び図４を比較すると、実施形態１に係る第１モノポールアンテナ２１０の水平面方向のうち第１方向Ｘの負方向における利得は、比較例に係る第１モノポールアンテナ２１０の水平面方向のうち第１方向Ｘの負方向における利得より大きくなっている。この結果は、第１無給電素子３００によって、第１モノポールアンテナ２１０の周波数６ＧＨｚでの第１方向Ｘの負方向における利得が向上することを示唆する。

【0047】

図５及び図６を比較すると、実施形態１に係る第２モノポールアンテナ２２０の水平面方向のうち第１方向Ｘの負方向における利得は、比較例に係る第２モノポールアンテナ２２０の水平面方向のうち第１方向Ｘの負方向における利得より大きくなっている。この結果は、第１無給電素子３００によって、第２モノポールアンテナ２２０の周波数６ＧＨｚでの第１方向Ｘの負方向における利得が向上することを示唆する。

【0048】

図７は、実施形態１に係る車載用アンテナ装置１０Ａの第１モノポールアンテナ２１０の水平面方向における平均利得及び比較例に係る車載用アンテナ装置１０Ｋの第１モノポールアンテナ２１０の水平面方向における平均利得の１．５ＧＨｚ～６ＧＨｚの周波数特性を示すグラフである。図８は、実施形態１に係る車載用アンテナ装置１０Ａの第２モノポールアンテナ２２０の水平面方向における平均利得及び比較例に係る車載用アンテナ装置１０Ｋの第２モノポールアンテナ２２０の水平面方向における平均利得の１．５ＧＨｚ～６ＧＨｚの周波数特性を示すグラフである。

【0049】

図７及び図８において、グラフの横軸は、周波数（単位：ＭＨｚ）を示している。グラフの縦軸は、水平面方向における平均利得（単位：ｄＢｉ）を示している。

【0050】

図７に示すように、実施形態１に係る第１モノポールアンテナ２１０の周波数５．５ＧＨｚ～６．０ＧＨｚでの水平面方向における平均利得は、比較例に係る第１モノポールアンテナ２１０の周波数５．５ＧＨｚ～６．０ＧＨｚでの水平面方向における平均利得より高くなっている。この結果は、第１無給電素子３００によって、第１モノポールアンテナ２１０の周波数５．５ＧＨｚ～６．０ＧＨｚでの水平面方向における平均利得が向上することを示唆する。

【0051】

図８に示すように、実施形態１に係る第２モノポールアンテナ２２０の周波数５．５ＧＨｚ～６．０ＧＨｚでの水平面方向における平均利得は、比較例に係る第２モノポールアンテナ２２０の周波数５．５ＧＨｚ～６．０ＧＨｚでの水平面方向における平均利得より高くなっている。この結果は、第１無給電素子３００によって、第２モノポールアンテナ２２０の周波数５．５ＧＨｚ～６．０ＧＨｚでの水平面方向における平均利得が向上することを示唆する。

【0052】

図９は、実施形態２に係る車載用アンテナ装置１０Ｂの斜視図である。実施形態２に係る車載用アンテナ装置１０Ｂは、以下の点を除いて、実施形態１に係る車載用アンテナ装置１０Ａと同様である。

【0053】

第１無給電素子３００は、ＡＭ／ＦＭラジオ放送用アンテナ５００の一部分として機能している。具体的には、車載用アンテナ装置１０Ｂは、第１接続導電体５３２、第２接続導電体５３４、第１フィルタ５４２、第２フィルタ５４４、第３フィルタ５４６及び第４フィルタ５４８を備えている。

【0054】

第１接続導電体５３２及び第２接続導電体５３４は、車載用アンテナ装置１０Ｂの左右方向に並んでいる。車載用アンテナ装置１０Ｂの後方から見て、第１接続導電体５３２は、第２接続導電体５３４に対して左側に位置している。車載用アンテナ装置１０Ｂの後方から見て、第２接続導電体５３４は、第１接続導電体５３２に対して右側に位置している。第１接続導電体５３２及び第２接続導電体５３４は、車載用アンテナ装置１０Ｂの前後方向において、第１無給電素子３００と容量装荷素子５２０との間に位置している。

【0055】

第１素子部分３１０と、容量装荷素子５２０の左側部分と、は、第１フィルタ５４２、第１接続導電体５３２及び第２フィルタ５４４を介して、電気的に互いに接続されている。具体的には、第１接続導電体５３２の後方端部と、第１素子部分３１０の前方端部と、は第１フィルタ５４２を介して電気的に互いに接続されている。第１接続導電体５３２の前方端部と、容量装荷素子５２０の左側部分の後方端部と、は第２フィルタ５４４を介して電気的に互いに接続されている。

【0056】

第２素子部分３２０と、容量装荷素子５２０の右側部分と、は、第３フィルタ５４６、第２接続導電体５３４及び第４フィルタ５４８を介して、電気的に互いに接続されている。具体的には、第２接続導電体５３４の後方端部と、第２素子部分３２０の前方端部と、は第３フィルタ５４６を介して電気的に互いに接続されている。第２接続導電体５３４の前方端部と、容量装荷素子５２０の右側部分の後方端部と、は第４フィルタ５４８を介して電気的に互いに接続されている。

【0057】

第１フィルタ５４２、第２フィルタ５４４、第３フィルタ５４６及び第４フィルタ５４８の各々は、ローパスフィルタである。したがって、第１無給電素子３００と、容量装荷素子５２０と、は少なくとも１つのローパスフィルタを介して電気的に互いに接続されている。このため、第１無給電素子３００は、ＡＭ／ＦＭラジオ放送用アンテナ５００を構成する容量装荷素子の一部分となることができる。これによって、ＡＭ／ＦＭラジオ放送用アンテナ５００の容量装荷素子のサイズ（面積）を大きくすることができ、ＡＭ／ＦＭラジオ放送用アンテナ５００の性能を向上させることができる。

【0058】

図１０は、第１フィルタ５４２のＳパラメータの順方向伝達係数Ｓ２１の０～７ＧＨｚの周波数特性を示すグラフである。第１フィルタ５４２のＳパラメータは、ポート１及びポート２を有する二端子対回路において、Ｓ１１、Ｓ２１、Ｓ１２及びＳ２２の４つのパラメータによって示される。パラメータＳ１１は、ポート１から入力されてポート１で反射する信号の反射係数である。パラメータＳ２１は、ポート１から入力されてポート２を透過する信号の透過係数、すなわち、順方向伝達係数である。パラメータＳ１２は、ポート２から入力されてポート１を透過する信号の透過係数、すなわち逆方向伝達係数である。パラメータＳ２２は、ポート２から入力されてポート２で反射される信号の反射係数である。

【0059】

図１０において、グラフの横軸は、周波数（単位：ＭＨｚ）を示している。グラフの縦軸は、順方向伝達係数Ｓ２１の絶対値（単位：ｄＢ）を示している。

【0060】

図１０に示すように、９８ＭＨｚ付近のＦＭ帯における順方向伝達係数Ｓ２１の絶対値は、約－０．２ｄＢとなっている。一方、１．７ＧＨｚ～６ＧＨｚの電話（ＴＥＬ）帯における順方向伝達係数Ｓ２１の絶対値は、約－１０ｄＢ以下となっている。したがって、第１フィルタ５４２は、ＴＥＬ帯の信号よりも、ＦＭ帯の信号を透過させることができる。また、第１フィルタ５４２は、５．５ＧＨｚ～６ＧＨｚ等、第１無給電素子３００によって第１モノポールアンテナ２１０又は第２モノポールアンテナ２２０の利得が増加される周波数を遮断することができる。

【0061】

第２フィルタ５４４、第３フィルタ５４６及び第４フィルタ５４８も、図１０を用いて説明した第１フィルタ５４２の特性と同様の特性を有している。

【0062】

図１１は、実施形態１に係る車載用アンテナ装置１０Ａの第１モノポールアンテナ２１０の水平面方向における平均利得、実施形態２に係る車載用アンテナ装置１０Ｂの第１モノポールアンテナ２１０の水平面方向における平均利得及び比較例に係る車載用アンテナ装置１０Ｋの第１モノポールアンテナ２１０の水平面方向における平均利得の１．５ＧＨｚ～６ＧＨｚの周波数特性を示すグラフである。図１２は、実施形態１に係る車載用アンテナ装置１０Ａの第２モノポールアンテナ２２０の水平面方向における平均利得、実施形態２に係る車載用アンテナ装置１０Ｂの第２モノポールアンテナ２２０の水平面方向における平均利得及び比較例に係る車載用アンテナ装置１０Ｋの第２モノポールアンテナ２２０の水平面方向における平均利得の１．５ＧＨｚ～６ＧＨｚの周波数特性を示すグラフである。図１３は、実施形態２に係る車載用アンテナ装置１０ＢのＡＭ／ＦＭラジオ放送用アンテナ５００の水平面方向における平均利得及び比較例に係る車載用アンテナ装置１０ＫのＡＭ／ＦＭラジオ放送用アンテナ５００の水平面方向における平均利得の８０ＭＨｚ～１２０ＭＨｚの周波数特性を示すグラフである。

【0063】

図１１～図１３において、実施形態１に係る車載用アンテナ装置１０Ａ、実施形態２に係る車載用アンテナ装置１０Ｂ及び比較例に係る車載用アンテナ装置１０Ｋは、無限遠に広がるグランド板上に配置されている。

【0064】

図１１～図１３において、グラフの横軸は、周波数（単位：ＭＨｚ）を示している。グラフの縦軸は、水平面方向における平均利得（単位：ｄＢｉ）を示している。

【0065】

図１１に示すように、周波数５．５ＧＨｚ～６．０ＧＨｚの全帯域に亘って、実施形態１及び実施形態２に係る第１モノポールアンテナ２１０の水平面方向における平均利得は、比較例に係る第１モノポールアンテナ２１０の水平面方向における平均利得より高くなっている。また、周波数５．５ＧＨｚ～６．０ＧＨｚの帯域において、実施形態２に係る第１モノポールアンテナ２１０の水平面方向における平均利得は、実施形態１に係る第１モノポールアンテナ２１０の水平面方向における平均利得に近似している。

【0066】

図１２に示すように、周波数５．５ＧＨｚ～６．０ＧＨｚのほぼ全帯域に亘って、実施形態１及び実施形態２に係る第２モノポールアンテナ２２０の水平面方向における平均利得は、比較例に係る第２モノポールアンテナ２２０の水平面方向における平均利得より高くなっている。また、周波数５．５ＧＨｚ～６．０ＧＨｚの帯域において、実施形態２に係る第２モノポールアンテナ２２０の水平面方向における平均利得は、実施形態１に係る第２モノポールアンテナ２２０の水平面方向における平均利得に近似している。

【0067】

図１３に示すように、周波数８０ＭＨｚ～１２０ＭＨｚの全帯域に亘って、実施形態２に係るＡＭ／ＦＭラジオ放送用アンテナ５００の水平面方向における平均利得は、比較例に係るＡＭ／ＦＭラジオ放送用アンテナ５００の水平面方向における平均利得より高くなっている。

【0068】

図１３に示す結果より、第１無給電素子３００と容量装荷素子５２０とを、第１フィルタ５４２、第２フィルタ５４４、第３フィルタ５４６及び第４フィルタ５４８を介して電気的に互いに接続することで、周波数８０ＭＨｚ～１２０ＭＨｚ、すなわち、ＦＭ帯の利得を向上させることができるといえる。また、図１１及び図１２に示す結果より、第１無給電素子３００と容量装荷素子５２０とを、第１フィルタ５４２、第２フィルタ５４４、第３フィルタ５４６及び第４フィルタ５４８を介して電気的に互いに接続しても、第１無給電素子３００と容量装荷素子５２０とを電気的に互いに接続しない場合と比較して、５．５ＧＨｚ～６．０ＧＨｚの利得の低下はほぼ生じないといえる。

【0069】

図１４は、変形例に係る車載用アンテナ装置１０Ｇの斜視図である。変形例に係る車載用アンテナ装置１０Ｇは、以下の点を除いて、実施形態１に係る車載用アンテナ装置１０Ａと同様である。

【0070】

車載用アンテナ装置１０Ｇは、第１無給電素子３００Ｇを備えている。第１無給電素子３００Ｇは、第１素子部分３１０Ｇ及び第２素子部分３２０Ｇを有している。実施形態１に係る第１無給電素子３００と異なり、変形例に係る第１素子部分３１０Ｇ及び第２素子部分３２０Ｇの各々は、車載用アンテナ装置１０Ｇの前後方向の長さが車載用アンテナ装置１０Ｇの上下方向の辺の長さより短い四角形となっている。本変形例においても、実施形態１と同様にして、第１無給電素子３００Ｇが設けられていない場合と比較して、車載用アンテナ装置１０Ｇを小型化しつつ高周波数帯域の水平面方向における利得を確保することができる。

【0071】

以上、図面を参照して本発明の実施形態及び変形例について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

【0072】

例えば、第１無給電素子３００の形状、配置等の条件は、実施形態及び変形例に係る条件に限定されない。第１無給電素子３００の形状、配置等の条件を調整することによって、比較的高域の周波数帯域等、特定の周波数帯域の所望の方向の利得を向上させることができる。

【0073】

本明細書によれば、以下の態様が提供される。
（態様１）
態様１は、
アンテナベースと、
前記アンテナベースとともに、収容空間を形成するアンテナケースと、
前記収容空間に収容されるモノポールアンテナと、
前記モノポールアンテナの上方に設けられた無給電素子と、
を備える車載用アンテナ装置である。
態様１によれば、無給電素子が設けられていない場合と比較して、アンテナを小型化しつつ高周波数帯域の所望の方向における利得を確保することができる。
（態様２）
態様２は、
前記無給電素子が２次放射素子として機能する、態様１に記載の車載用アンテナ装置である。
態様２によれば、無給電素子は、モノポールアンテナの所定周波数での所望の方向での利得を増加させる素子として機能させることができる。
（態様３）
態様３は、
前記モノポールアンテナがテレマティクス用アンテナである、態様１又は２に記載の車載用アンテナ装置である。
態様３によれば、テレマティクス用アンテナについて、態様１と同様にして、アンテナを小型化しつつ高周波数帯域の水平面方向における利得を確保することができる。
（態様４）
態様４は、
複数の前記モノポールアンテナを備える、態様１～３のいずれか一に記載の車載用アンテナ装置である。
態様４によれば、車載用アンテナ装置が単一のモノポールアンテナのみを有する場合と比較して、複数のモノポールアンテナを広帯域で動作させることができる。
（態様５）
態様５は、
前記無給電素子が、互いに離間した複数の素子部分から構成されている、態様１～４のいずれか一に記載の車載用アンテナ装置である。
態様５によれば、無給電素子が単一の素子部分からなる場合よりも、複数の素子部分を適切な位置に置くことで、無給電素子によって利得を大きく増加することができる。また、高周波数帯域の所望の方向における利得を確保することができる。
（態様６）
態様６は、
前記無給電素子が、ラジオ放送用アンテナの一部分として機能する、態様１～５のいずれか一に記載の車載用アンテナ装置である。
態様６によれば、無給電素子がラジオ放送用アンテナの一部分として機能しない場合と比較して、ラジオ放送用アンテナの容量装荷素子のサイズ（面積）を大きくすることができ、ラジオ放送用アンテナの性能を向上させることができる。
（態様７）
態様７は、
λを前記モノポールアンテナの動作周波数のうち、前記無給電素子によって利得を増強させる周波数の波長としたとき、無給電素子の前記モノポールアンテナ側の端部と、前記モノポールアンテナの前記無給電素子側の端部と、の間の距離がλ／２－λ／４以上λ／２＋λ／４以下である、態様１～６のいずれか一に記載の車載用アンテナ装置である。
態様７によれば、無給電素子のモノポールアンテナ側の端部と、モノポールアンテナの無給電素子側の端部と、の間の距離がおおよそλ／２である場合、当該距離がおおよそλ／２から比較的大きく異なる場合と比較して、モノポールアンテナの水平面方向の利得を無給電素子によってより増強させることができる。

【0074】

この出願は、２０２０年７月２７日に出願された日本出願特願２０２０－１２６２２３号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

【符号の説明】

【0075】

１０Ａ 車載用アンテナ装置
１０Ｂ 車載用アンテナ装置
１０Ｇ 車載用アンテナ装置
１０Ｋ 車載用アンテナ装置
１２ 第１アンテナ部
１４ 第２アンテナ部
１６ 第３アンテナ部
１８ 第４アンテナ部
１００ アンテナベース
１１２ 第１基板
１１４ 第２基板
１１６ 第３基板
２００ アンテナエレメント
２１０ 第１モノポールアンテナ
２１２ 第１セクション
２１４ 第２セクション
２１６ 第１ポート
２２０ 第２モノポールアンテナ
２２２ 第３セクション
２２４ 第４セクション
２２６ 第２ポート
３００ 第１無給電素子
３００Ｇ 第１無給電素子
３１０ 第１素子部分
３１０Ｇ 第１素子部分
３２０ 第２素子部分
３２０Ｇ 第２素子部分
４１０ 第１衛星アンテナ
４２０ 第２衛星アンテナ
４２２ 第２無給電素子
５００ ＡＭ／ＦＭラジオ放送用アンテナ
５１０ ヘリカル素子
５１２ 第１ホルダ
５２０ 容量装荷素子
５２２ 第２ホルダ
５３２ 第１接続導電体
５３４ 第２接続導電体
５４２ 第１フィルタ
５４４ 第２フィルタ
５４６ 第３フィルタ
５４８ 第４フィルタ
６００ アンテナケース
Ｘ 第１方向
Ｙ 第２方向
Ｚ 第３方向

【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】