JP2005039594A

JP2005039594A - アンテナ装置および複合アンテナ装置

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Publication number: JP2005039594A
Application number: JP2003275313A
Authority: JP
Inventors: Koji Sakamoto; 浩二坂本; Shinji Fukui; 伸治福井; Shigenobu Mikami; 成信三上
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2003-07-16
Filing date: 2003-07-16
Publication date: 2005-02-10
Anticipated expiration: 2023-07-16
Also published as: JP4064889B2

Abstract

【課題】装置全体が大型化することなく、電波の指向性を制御する。
【解決手段】アンテナ装置１は、直線辺部２ａ〜２ｃと直線辺部３ａ〜３ｃとが平行になるように第１の放射素子２と第２の放射素子３とが基板４上に実装されて構成されている。直線辺部２ａ〜２ｃ，３ａ〜３ｃに流れるアンテナ電流が平行に流れて強め合うことにより、第１の放射素子２と第２の放射素子３との間でアレイアンテナを形成させることができ、第１の放射素子２から放射される電波と第２の放射素子３から放射される電波との合成電波の指向性を適切に制御できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば移動体通信に用いられるアンテナ装置および複合アンテナ装置に関する。

従来より、放射素子を傾斜させて基板上に実装することにより、電波の指向性を制御するアンテナ装置がある（例えば特許文献１参照）。
特開平９−８３２４２号公報

しかしながら、放射素子を傾斜させて基板上に実装する構成では、放射素子を傾斜させる分、アンテナ装置としての高さが増大し、装置全体が大型化するという問題があった。また、電波の指向性が異なる幾つかの放射素子を同一の基板上に実装する場合に、いずれかの放射素子を傾斜させて実装する構成では、それら放射素子を実装する構成が複雑になるという問題もあった。

本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、第１の目的は、装置全体が大型化することなく、電波の指向性を所望の方向に適切に制御することができるアンテナ装置を提供することにあり、第２の目的は、電波の指向性が異なる幾つかの放射素子を同一の基板上に実装する場合に、それら放射素子を簡単に実装することができる複合アンテナ装置を提供することにある。

請求項１に記載した発明によれば、各々が少なくとも２本の直線辺部が屈曲部を挟んで形成された複数の放射素子を備え、一の放射素子における少なくとも１本の直線辺部と他の放射素子における少なくとも１本の直線辺部とが略平行になるように一の放射素子と他の放射素子とを基板上に実装する構成としたので、一の放射素子における少なくとも１本の直線辺部に流れるアンテナ電流と他の放射素子における少なくとも１本の直線辺部に流れるアンテナ電流とが略平行に流れて互いに強め合うことにより、一の放射素子と他の放射素子との間でアレイアンテナを形成させることができる。

したがって、略平行な関係にある一の放射素子における少なくとも１本の直線辺部と他の放射素子における少なくとも１本の直線辺部との間で、それらの長さや相対的な位置関係を調整し、略平行に流れるアンテナ電流の位相差を調整することにより、一の放射素子から放射される電波と他の放射素子から放射される電波との合成電波、つまり、複数の放射素子から放射される電波の指向性を制御することができる。これにより、従来のものとは異なって、放射素子を傾斜させて基板上に実装する必要をなくすことができ、装置全体が大型化することなく、電波の指向性を所望の方向に適切に制御することができる。

請求項２に記載した発明によれば、一の放射素子と他の放射素子とを同一の形状により構成し且つ略点対称な位置に実装する構成としたので、アンテナ電流が略平行に流れる箇所を多くすることができ、一の放射素子と他の放射素子との間でアレイアンテナを効率良く形成させることができる。

請求項３に記載した発明によれば、一の放射素子と他の放射素子とをマイクロストリップラインで接続する構成としたので、アンテナ電流を一の放射素子に流すための給電点とアンテナ電流を他の放射素子に流すための給電点とを別々に設ける必要をなくすことができ、構成を簡単にすることができる。

請求項４に記載した発明によれば、請求項１ないし３のいずれかに記載した複数の放射素子と、複数の放射素子から放射される電波とは指向性が異なる電波を放射する別の放射素子とを備え、複数の放射素子と別の放射素子とを同一の基板上に実装する構成としたので、電波の指向性が異なる幾つかの放射素子を同一の基板上に実装する場合に、いずれの放射素子を傾斜させて実装することなく、それら放射素子を簡単に実装することができ、しかも、それら放射素子から放射される電波の指向性を適切に制御することができる。

請求項５に記載した発明によれば、複数の放射素子と別の放射素子とを同一の誘電体を介して同一の基板上に実装する構成としたので、誘電体を介して実装する分、それら放射素子のアンテナ性能を高めることができると共に、複数の放射素子が実装される誘電体と別の放射素子が実装される誘電体とを同一にして誘電体を共有することにより、部品点数を削減することができる。

請求項６に記載した発明によれば、別の放射素子を複数の放射素子のうち一の放射素子と他の放射素子との間に実装する構成としたので、一の放射素子と他の放射素子との間のスペースを有効に利用することができ、装置全体を小型化することができる。

（第１実施形態）
以下、本発明を、ＥＴＣ通信に用いられるアンテナ装置に適用した第１実施形態について、図１ないし図３を参照して説明する。図１は、アンテナ装置の外観斜視図を示している。アンテナ装置１は、第１の放射素子２（本発明でいう一の放射素子）と第２の放射素子３（本発明でいう他の放射素子）とが基板４上に実装されて構成されている。

第１の放射素子２は、全長がＥＴＣ通信で用いられる電波（５．８ＧＨｚ帯域の電波）の１波長分に相当する長さに形成され、２箇所で屈曲されていることにより、３本の直線辺部２ａ〜２ｃが屈曲部２ｄ，２ｅを挟んだクランク形状に構成されている。この場合、屈曲部２ｄ，２ｅの屈曲角度は、「９０度」である。第２の放射素子３は、第１の放射素子２と同様にして、全長がＥＴＣ通信で用いられる電波の１波長分に相当する長さに形成され、２箇所で屈曲されていることにより、３本の直線辺部３ａ〜３ｃが屈曲部３ｄ，３ｅを挟んだクランク形状に構成されている。この場合も、屈曲部３ｄ，３ｅの屈曲角度は、「９０度」である。

そして、第１の放射素子２は、その両端部が垂直ピン５，６に支持される格好で基板４から所定間隔を存して実装されており、また、第２の放射素子３は、その両端部が垂直ピン７，８に支持される格好で基板４から所定間隔を存して実装されている。尚、第１の放射素子２および第２の放射素子３の各々がクランク形状に構成されているのは、円偏波を発生させるためである。

これら第１の放射素子２と第２の放射素子３とは、同一の形状をなし且つ図中点「Ｏ」を点対称中心として「１８０度」回転させた点対称な位置に実装されている。つまり、第１の放射素子２における直線辺部２ａと第２の放射素子３における直線辺部３ａとは平行な関係にあり、第１の放射素子２における直線辺部２ｂと第２の放射素子３における直線辺部３ｂとは平行な関係にあり、第１の放射素子２における直線辺部２ｃと第２の放射素子３における直線辺部３ｃとは平行な関係にある。尚、点「Ｏ」は、基板４の中心でもある。

また、第１の放射素子２に接続されている垂直ピン５が基板４に接している点が給電点９とされており、さらに、第１の放射素子２に接続されている垂直ピン６と第２の放射素子３に接続されている垂直ピン７とは、マイクロストリップライン１０で接続されている。

次に、上記した構成の作用について、図２および図３を参照して説明する。上記した構成において、給電点９から第１の放射素子２に給電されることにより、アンテナ電流が第１の放射素子２に流れる。また、給電点９から第１の放射素子２およびマイクロストリップライン１０を通じて第２の放射素子３に給電されることにより、アンテナ電流が第２の放射素子３に流れる。

さて、この場合、第１の放射素子２と第２の放射素子３とが同一の形状をなし且つ点対称な位置に実装されているので、ある時間帯では、直線辺部２ａに流れるアンテナ電流と直線辺部３ａに流れるアンテナ電流とが平行に流れて強め合うことになり、また、直線辺部２ｂに流れるアンテナ電流と直線辺部３ｂに流れるアンテナ電流とが平行に流れて強め合うことになり、直線辺部２ｃに流れるアンテナ電流と直線辺部３ｃに流れるアンテナ電流とが平行に流れて強め合うことになる。その結果、第１の放射素子２と第２の放射素子３とがアレイアンテナを形成することになる。

ここで、発明者らは、第１の放射素子２における直線辺部２ａ〜２ｃの長さと第２の放射素子３における直線辺部３ａ〜３ｃの長さとの電波の指向性に対する影響を測定した。発明者らは、第１の放射素子２における直線辺部２ａ〜２ｃの長さと第２の放射素子３における直線辺部３ａ〜３ｃの長さとを、図２に示す値に変更しながら、各々の場合の電波の指向性を測定した。尚、図２中、「Ｌ₁₁」〜「Ｌ₁₃」は、それぞれ第１の放射素子２における直線辺部２ａ〜２ｃの長さであり、「Ｌ₂₁」〜「Ｌ₂₃」は、それぞれ第２の放射素子３における直線辺部３ａ〜３ｃの長さである。

図２から明らかなように、第１の放射素子２における直線辺部２ａ〜２ｃの長さと第２の放射素子３における直線辺部３ａ〜３ｃの長さとを調整し、平行に流れるアンテナ電流の位相差を調整することにより、第１の放射素子２から放射される電波と第２の放射素子３から放射される電波との合成電波の指向性を所望の方向に制御することができる。つまり、ＥＴＣ通信であれば、図３に示すように、電波の指向性を天頂方向から車両の進行方向（図３では左方向）に対して「約２３度」だけ傾斜させた方向に制御することができる。尚、この場合、発明者らは、第１の放射素子２と第２の放射素子３との相対的な位置関係を固定して測定したが、第１の放射素子２と第２の放射素子３との相対的な位置関係を変更させることによっても、第１の放射素子２から放射される電波と第２の放射素子３から放射される電波との合成電波の指向性を所望の方向に制御することができる。

以上に説明したように第１実施形態によれば、アンテナ装置１において、直線辺部２ａ〜２ｃと直線辺部３ａ〜３ｃとが平行になるように第１の放射素子２と第２の放射素子３とを基板４上に実装する構成としたので、それら直線辺部２ａ〜２ｃ，３ａ〜３ｃに流れるアンテナ電流が平行に流れて強め合うことにより、第１の放射素子２と第２の放射素子３との間でアレイアンテナを形成させることができる。したがって、それら直線辺部の長さや相対的な位置関係を調整し、平行に流れるアンテナ電流の位相差を調整することにより、第１の放射素子２から放射される電波と第２の放射素子３から放射される電波との合成電波の指向性を制御することができ、これにより、装置全体が大型化することなく、電波の指向性を所望の方向に適切に制御することができる。

また、この場合、第１の放射素子２と第２の放射素子３とを同一の形状により構成し且つ点対称な位置に実装する構成としたので、アンテナ電流が平行に流れる箇所を多くすることができ、第１の放射素子２と第２の放射素子３との間でアレイアンテナを効率良く形成させることができる。
さらに、この場合、第１の放射素子２と第２の放射素子３とをマイクロストリップライン１０で接続する構成としたので、アンテナ電流を第１の放射素子２に流すための給電点とアンテナ電流を第２の放射素子３に流すための給電点とを別々に設ける必要をなくすことができ、構成を簡単にすることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について、図４を参照して説明する。尚、上記した第１実施形態と同一部分については説明を省略し、異なる部分について説明する。第２実施形態では、アンテナ装置１１は、上記した第１実施形態で説明した第１の放射素子２と第２の放射素子３とが誘電体１２を介して基板４上に実装されている。この場合、第１の放射素子２と第２の放射素子３とを接続するマイクロストリップライン１３は、誘電体１２が基板４上に配設されている影響により、上記した第１実施形態で説明したマイクロストリップライン１０とはパターン形状が異なって形成されている。

以上に説明したように第２実施形態によれば、アンテナ装置１１において、第１の放射素子２と第２の放射素子３とを誘電体１２を介して基板４上に実装する構成としたので、誘電体１２を介して実装する分、アンテナ性能を高めることができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について、図５を参照して説明する。尚、上記した第１実施形態と同一部分については説明を省略し、異なる部分について説明する。第３実施形態は、ＥＴＣ通信に用いられる放射素子とＧＰＳ通信に用いられる放射素子とが同一の基板上に実装された複合アンテナ装置に適用している。

すなわち、第３実施形態では、複合アンテナ装置２１は、上記した第１実施形態で説明した第１の放射素子２と第２の放射素子３とが基板４上に実装されていると共に、ＧＰＳ通信に用いられる四辺形状の第３の放射素子２２（本発明でいう別の放射素子）が誘電体２３を介して基板４上に実装されて構成されている。この場合、四辺形状の第３の放射素子２２は、基板４の中心で第１の放射素子２と第２の放射素子３との間のスペースに実装されている。

以上に説明したように第３実施形態によれば、複合アンテナ装置２１において、上記した第１実施形態で説明したＥＴＣ通信に用いられる第１の放射素子２および第２の放射素子３とＧＰＳ通信に用いられる第３の放射素子２２とを基板４上に実装する構成としたので、電波の指向性が異なる放射素子２，３，２２を同一の基板４上に実装する場合に、これら放射素子２，３，２２のいずれも傾斜させて実装することなく、それら放射素子２，３，２２を簡単に実装することができ、しかも、それら放射素子２，３，２２から放射される電波の指向性を適切に制御することができる。また、第１の放射素子２と第２の放射素子３との間のスペースを有効に利用することができ、装置全体を小型化することもできる。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について、図６を参照して説明する。尚、上記した第３実施形態と同一部分については説明を省略し、異なる部分について説明する。第４実施形態では、複合アンテナ装置３１は、上記した第３実施形態で説明した第１の放射素子２、第２の放射素子３および第３の放射素子２２が同一の誘電体３２を介して基板４上に実装されている。

以上に説明したように第４実施形態によれば、複合アンテナ装置３１において、は第１の放射素子２、第２の放射素子３および第３の放射素子２２を同一の誘電体３２を介して基板４上に実装する構成としたので、誘電体３２を介して実装する分、アンテナ性能を高めることができると共に、第１の放射素子２と第２の放射素子３とが実装される誘電体と第３の放射素子が実装される誘電体とを同一にして誘電体を共有することにより、部品点数を削減することができる。

（その他の実施形態）
本発明は、上記した実施形態にのみ限定されるものではなく、以下のように変形または拡張することができる。
図７に示すように、アンテナ装置４１において、第１の放射素子４２および第２の放射素子４３の各々が、１箇所で屈曲されている形状であっても良い。また、図８に示すように、アンテナ装置５１において、第１の放射素子５２および第２の放射素子５３の各々が、３箇所で屈曲されている形状であっても良い。
各実施形態において、直線辺部が屈曲されている屈曲角度が「９０度」以外の他の角度であっても良い。
電波の指向性を制御する放射素子の数が２本以上であっても良い。

本発明の第１実施形態を示す外観斜視図直線辺部の長さと電波の指向性との関係を示す図電波の指向性の変化を示す図本発明の第２実施形態を示す外観斜視図本発明の第３実施形態を示す外観斜視図本発明の第４実施形態を示す外観斜視図本発明のその他の実施形態を示す外観斜視図図７相当図

符号の説明

図面中、１はアンテナ装置、２は第１の放射素子（一の放射素子）、２ａ〜２ｃは直線辺部、２ｄ，２ｅは屈曲部、３は第２の放射素子（他の放射素子）、３ａ〜３ｃは直線辺部、３ｄ，３ｅは屈曲部、４は基板、１０はマイクロストリップライン、１１はアンテナ装置、１２は誘電体、１３はマイクロストリップライン、２１は複合アンテナ装置、２２は第３の放射素子（別の放射素子）、２３は誘電体、３１は複合アンテナ装置、３２は誘電体、４１はアンテナ装置、４２は第１の放射素子、４３は第２の放射素子、５１はアンテナ装置、５２は第１の放射素子、５３は第２の放射素子である。

Claims

各々が少なくとも２本の直線辺部が屈曲部を挟んで形成された複数の放射素子を備え、一の放射素子における少なくとも１本の直線辺部と他の放射素子における少なくとも１本の直線辺部とが略平行になるように一の放射素子と他の放射素子とを基板上に実装したことを特徴とするアンテナ装置。
請求項１に記載したアンテナ装置において、
一の放射素子と他の放射素子とを同一の形状により構成し且つ略点対称な位置に実装したことを特徴とするアンテナ装置。
請求項１または２に記載したアンテナ装置において、
一の放射素子と他の放射素子とをマイクロストリップラインで接続したことを特徴とするアンテナ装置。
請求項１ないし３のいずれかに記載した複数の放射素子と、複数の放射素子から放射される電波とは指向性が異なる電波を放射する別の放射素子とを備え、複数の放射素子と別の放射素子とを同一の基板上に実装したことを特徴とする複合アンテナ装置。
請求項４に記載した複合アンテナ装置において、
複数の放射素子と別の放射素子とを同一の誘電体を介して同一の基板上に実装したことを特徴とする複合アンテナ装置。
請求項４または５に記載した複合アンテナ装置において、
別の放射素子を複数の放射素子のうち一の放射素子と他の放射素子との間に実装したことを特徴とする複合アンテナ装置。