JP2009033707A - アンテナ素子およびアンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ２種類の電波を受信できる小型のアンテナ素子を提供すること。
【解決手段】 アンテナ素子１０は、天面１２ｕ、底面１２ｄ、側面１２ｓを持つ誘電体基板１２と、誘電体基板の天面の外周部に形成された第１のアンテナ放射電極１４−１と、誘電体基板の天面の中央部に形成された第２のアンテナ放射電極１４−２と、誘電体基板の底面に形成された接地電極と、誘電体基板の側面に形成され、電磁結合により第１のアンテナ放射電極へ給電を行う給電パターン１９と、一端が給電点１５で第２のアンテナ放射電極と接続され、他端が誘電体基板の底面側へ導出される給電ピンと、を有する。第１のアンテナ放射電極と接地電極と給電パターンとの組合せが、第１の電波を受信する第１のアンテナ部１０−１として動作し、第２のアンテナ放射電極と接地電極と給電ピンとの組合せが、第２の電波を受信する第２のアンテナ部１０−２として動作する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、アンテナ素子およびアンテナ装置に関し、特に、２種類の電波を受信する複合アンテナ素子および複合アンテナ装置に関する。

この技術分野において周知のように、現在、車両には種々のアンテナが搭載される。例えば、そのようなアンテナとしては、ＧＰＳ（全地球測位システム）用アンテナや、ＳＤＡＲＳ（衛星デジタルラジオサービス）用アンテナ、ＥＴＣ（自動料金収受システム）用アンテナ等がある。

ＧＰＳ（Global Positioning System）は、人工衛星を用いた衛星測位システムである。ＧＰＳは、地球を周回している２４個の人工衛星のうちの４個以上の人工衛星からの電波（ＧＰＳ信号）を受信し、この受信した電波から移動体と人工衛星との位置関係および時間誤差を測定して三角測量の原理に基づいて、移動体の地図上における位置や高度を高精度で算出することを可能としたものである。

ＧＰＳは、近年では、走行する自動車の位置を検出するカーナビゲーションシステム等に利用され、広く普及している。カーナビゲーション装置は、このＧＰＳ信号を受信するためのＧＰＳ用アンテナと、このＧＰＳ用アンテナが受信したＧＰＳ信号を処理して車両の現在位置を検出する処理装置と、この処理装置で検出された位置を地図上に表示するための表示装置等から構成される。ＧＰＳ用アンテナとしては、パッチアンテナのような平面アンテナが使用される。

一方、ＳＤＡＲＳ（Satellite Digital Audio Radio Service）とは、米国における衛星（以下、「ＳＤＡＲＳ衛星」と呼ぶ）を使用したデジタル放送によるサービスである。すなわち、米国においては、ＳＤＡＲＳ衛星からの衛星波または地上波を受信して、デジタルラジオ放送を聴取可能にしたデジタルラジオ受信機が開発され、実用化されている。現在、米国では、ＸＭとシリウスという２つの放送局が計２５０チャネル以上のラジオ番組を全国に提供している。このデジタルラジオ受信機は、一般には、自動車等の移動体に搭載され、周波数が約２．３ＧＨｚ帯の電波（ＳＤＡＲＳ信号）を受信してラジオ放送を聴取することが可能である。すなわち、デジタルラジオ受信機は、モバイル放送を聴取することが可能なラジオ受信機である。受信電波の周波数が約２．３ＧＨｚ帯なので、そのときの受信波長（共振波長）λは約１２８．３ｍｍである。尚、地上波は、衛星波を一旦、地球局で受信した後、周波数を若干シフトし、直線偏波で再送信したものである。すなわち、衛星波は円偏波であるのに対して、地上波は直線偏波である。ＳＤＡＲＳ用アンテナとして、パッチアンテナのような平面アンテナが使用される。

ＸＭ衛星ラジオ用アンテナ装置は、静止衛星２ケより円偏波電波を受信し、不感地帯では地上直線偏波設備により電波を受信する。一方、シリウス衛星ラジオ用アンテナ装置は、周回衛星３ケ（シンクロ型）より円偏波電波を受信し、不感地帯では地上直線偏波設備により電波を受信する。

このようにデジタルラジオ放送では、約２．３ＧＨｚ帯の周波数の電波が使用されるので、その電波を受信するアンテナ装置は、室外に設置されなければならない。従って、デジタルラジオ受信機を自動車等の移動体に搭載するには、そのアンテナ装置を移動体の屋根に取り付けなければならない。

したがって、複合アンテナ装置として、ＧＰＳ用アンテナとして使用される第１の平面アンテナ素子と、ＳＤＡＲＳ用アンテナとして使用される第２の平面アンテナ素子とを併設して構成されるものが考えられる。

ＥＴＣ（Electronic toll Collection）は、高速道路等の有料道路の通行料を支払うための料金所における渋滞を緩和するための方策として開発されたシステムである。すなわち、ＥＴＣとは、高速道路料金所において、無線通信を利用して自動的に通行料金の支払いを行うシステムである。ＥＴＣでは、料金所に設置されているゲートに設けられた路側アンテナと、ＥＴＣ用アンテナを有する車載通信機器を搭載した通行車両との間で双方向通信を行い、通行車両の車両情報等を取得し、通行車両を停止させることなく高速道路通行料金の支払い業務を行うことを可能としたものである。

従来、ＧＰＳ用アンテナとＥＴＣ用アンテナとを併設した複合アンテナ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示されたアンテナ装置は、ＧＰＳ信号を受信するＧＰＳ用アンテナ素子と、ＥＴＣ信号を受信するＥＴＣ用アンテナ素子と、ＧＰＳ信号およびＥＴＣ信号を処理する処理回路を有する回路基板と、処理されたＧＰＳ信号と処理されたＥＴＣ信号とを出力する出力ケーブルとを備えている。特許文献１では、ＧＰＳ用アンテナ素子として併設するアンテナ素子は、ＥＴＣ用アンテナ素子に限らず、デジタルラジオ放送用のアンテナ等、その他の無線通信信号を受信するアンテナ素子であっても良いことが記載されている。

また、互いに異なる電波を受信する複数のアンテナを含むアンテナ装置も提案されている（例えば、特許文献２参照）。この特許文献２に開示されたアンテナ装置は、複数のアンテナを立設して一体に支持したケースと、複数のアンテナで受信した信号を合成して受信機本体へ送る一本のケーブルとを有している。

特開２００２−１１１３７７号公報 特開２００２−５０９２５号公報

上述した特許文献１、２に開示されているように、２種類の電波を受信する複合アンテナ装置は、２つのアンテナ素子を併設して構成される。その為、アンテナ装置が大型になってしまうという問題がある。

したがって、本発明の課題は、２種類の電波を受信することができる、小型のアンテナ素子およびそれを備えたアンテナ装置を提供することにある。

本発明の他の課題は、２種類の電波としてＧＰＳ信号とＳＤＡＲＳ信号とを受信することができる、小型のアンテナ素子およびそれを備えたアンテナ装置を提供することにある。

本発明の第１の態様によれば、互いに異なる第１および第２の電波を受信するアンテナ素子（１０）であって、互いに対向する天面（１２ｕ）および底面（１２ｄ）と、側面（１２ｓ）と持つ誘電体基板（１２）であって、給電点（１５）で天面から底面へ貫通する基板貫通孔（１２ｔ）が穿設された、誘電体基板（１２）と、導電膜からなり、誘電体基板の天面の外周部に形成されたリング形状の第１のアンテナ放射電極（１４−１）と、導電膜からなり、第１のアンテナ放射電極で囲まれ、かつ、第１のアンテナ放射電極から離間して、誘電体基板の天面の中央部に形成された第２のアンテナ放射電極（１４−２）と、導電膜からなり、誘電体基板の底面に形成された接地電極（１６）であって、基板貫通孔と実質的に同心であって、かつ基板貫通孔よりも大きい径の接地貫通孔（１６ａ）を持つ、接地電極（１６）と、誘電体基板の側面に形成され、電磁結合により第１のアンテナ放射電極へ給電を行う給電パターン（１９）と、一端が給電点で第２のアンテナ放射電極と接続され、他端が基板貫通孔および接地貫通孔を介して誘電体基板の底面側へ導出される給電ピン（１８）と、を有し、第１のアンテナ放射電極と接地電極と給電パターンとの組合せが、第１の電波を受信する第１のアンテナ部（１０−１）として動作し、第２のアンテナ放射電極と接地電極と給電ピンとの組合せが、第２の電波を受信する第２のアンテナ部（１０−２）として動作することを特徴とするアンテナ素子（１０）が得られる。

上記本発明の第１の態様によるアンテナ素子（１０）において、誘電体基板（１２）は、例えば、セラミックス材料から構成されてよい。第１及び第２のアンテナ放射電極は銀パターン印刷によって形成されてよい。第１のアンテナ部（１０−１）は第１の電波としてＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信するＧＰＳ用アンテナ部から成ってよく、第２のアンテナ部（１０−２）は第２の電波としてＳＤＡＲＳ衛星からのＳＤＡＲＳ信号を受信するＳＤＡＲＳ用アンテナ部から成ってよい。

本発明の第２の態様によれば、上記アンテナ素子（１０）と、アンテナ素子を搭載する回路基板（２２）であって、１の電波を処理して第１の処理信号を出力する第１の処理回路（２２１；２２１Ａ）と、第２の電波を処理して第２の処理信号を出力する第２の処理回路（２２２；２２２Ａ）と、第１の処理信号と第２の処理信号とを合成して合成信号を出力する合成回路（２２３；２２３Ａ）とを有する、回路基板（２２）と、合成信号を出力する出力ケーブル（２３）と、を備えるアンテナ装置（２０）が得られる。

上記本発明の第２の態様によるアンテナ装置（２０）において、第１のアンテナ部（１０−１）は第１の電波としてＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信するＧＰＳ用アンテナ部から成り、第２のアンテナ部（１０−２）は第２の電波として受信するＳＤＡＲＳ衛星からのＳＤＡＲＳ信号を受信するＳＤＡＲＳ用アンテナ部から成ってよい。この場合、第１の処理回路（２２１；２２１Ａ）は、ＧＰＳ信号を増幅して、増幅したＧＰＳ信号を第１の処理信号として出力するＧＰＳ用低雑音増幅部（３１，３２；３１，３２，３４）を含み、第２の処理回路（２２２；２２２Ａ）は、ＳＤＡＲＳ信号を増幅して、増幅したＳＤＡＲＳ信号を第２の処理信号として出力するＳＤＡＲＳ用低雑音増幅部（４１，４２；４１，４２，４４）を含む。第１の処理回路（２２１；２２１Ａ）は、合成回路から合成信号がＧＰＳ用低雑音増幅部へ逆流するのを防止する第１の逆流防止手段（３３）を更に有し、第２の処理回路（２２２；２２２Ａ）は、前記合成回路から合成信号がＳＤＡＲＳ用低雑音増幅部へ逆流するのを防止する第２の逆流防止手段（４３）を更に有することが好ましい。第１の逆流防止手段は、例えば、第１の処理信号を合成回路へ通過させるが、合成信号がＧＰＳ用低雑音増幅部へ逆流するのを阻止するローパスフィルタ（３３）から構成されてよく、第２の逆流防止手段は、第２の処理信号を合成回路へ通過させるが、合成信号がＳＤＡＲＳ用低雑音増幅部へ逆流するのを阻止するハイパスフィルタ（４３）から構成されてよい。

尚、上記括弧内の符号は、本発明の理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、これらに限定されないのは勿論である。

本発明では、１つの誘電体基板に、第１の電波を受信する第１のアンテナ部と、第２の電波を受信する第２のアンテナ部とを一体に形成したので、小型のアンテナ素子を提供することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１乃至図３を参照して、本発明の一実施の形態に係るアンテナ素子（パッチアンテナ）１０について説明する。図１はアンテナ素子（パッチアンテナ）１０を示す斜視図である。図２は図１に示したアンテナ素子（パッチアンテナ）１０の底面図である。図３は図１に示したアンテナ素子（パッチアンテナ）１０の正面図である。図１乃至図３において、前後方向（奥行き）方向をＸ軸方向で表し、左右方向（幅方向）をＹ軸方向で表し、上下方向（高さ方向、厚み方向）をＺ軸方向で表している。

図示のアンテナ素子（パッチアンテナ）１０は、互いに異なる第１および第２の電波を受信するアンテナ素子である。アンテナ素子（パッチアンテナ）１０は、略直方体形状の誘電体基板１２と、第１及び第２のアンテナ放射電極（放射素子）１４−１、１４−２と、接地電極（接地導体）１６と、棒状の給電ピン１８と、給電パターン１９とから構成されている。

誘電体基板１２は、たとえばチタン酸バリウムなどからなる高誘電率（例えば、比誘電率εｒが２０）のセラミックス材料が用いられる。誘電体基板１２は、上下方向Ｚにおいて互いに対向する天面（上面）１２ｕおよび底面（下面）１２ｄと、側面１２ｓとを持つ。図示の例では、誘電体基板１２の側面１２ｓの角が面取りされている。誘電体基板１２には、給電点１５の設置位置で、天面１２ｕから底面１２ｄへ貫通する基板貫通孔１２ｔ（図３）が穿設されている。

図示の例において、誘電体基板１２の寸法は、前後方向Ｘの長さＬが２５ｍｍで、左右方向Ｙの幅Ｗが２５ｍｍで、上下方向Ｚの高さＨが４ｍｍである。

第１のアンテナ放射素子１４−１は、導電膜からなり、誘電体基板１２の天面１２ｕの外周部に形成されている。第１のアンテナ放射素子１４−１は、リング形状をしている。第１のアンテナ放射素子１４−１は、例えば、銀パターン印刷によって形成されている。

第２のアンテナ放射素子１４−２も、導電膜からなり、誘電体基板１２の天面１２ｕの中央部に形成されている。図示の第２のアンテナ放射電極１４−２は、１２．３ｍｍ×１２．５ｍｍの寸法を持つ矩形をしている。第２のアンテナ放射素子１４−２は、第１のアンテナ放射素子１４−１で囲まれ、かつ、第１のアンテナ放射素子１４−１から離間している。第２のアンテナ放射電極１４−２は、例えば、銀パターン印刷によって形成される。

図２に示されるように、接地電極１６は、導電膜からなり、誘電体基板１２の底面１２ｄに形成されている。この基板電極１６は、基板貫通孔１２−１とほぼ同心で、且つ基板貫通孔１２ｔの直径よりも大きい直径の接地貫通孔１６ａを持つ。

第２のアンテナ放射電極１４−２の中心からＸ軸方向およびＹ軸方向に変位した位置に上記給電点１５が設けられる。この給電点１５に給電ピン１８の一端１８ａが接続される。給電ピン１５の他端１５ｂは、基板貫通孔１２ｔおよび接地貫通孔１６ａを経て、接地電極１６と離間して下側へ導出されている。ここで、給電点１５としては半田が用いられる。その為、給電点１５は、第２のアンテナ放射素子１４−２の主表面から上方へ盛り上がった凸形状をしている。

給電パターン１９は、誘電体基板１２の側面１２ｓに形成されており、電磁結合により第１のアンテナ放射素子１４−１へ給電を行うためのものである。図１に示されるように、給電パターン１９はギャップを有する。このギャップの大きさを変えることによって、インピーダンスの調整を行うことができる。

このような構成のアンテナ素子１０において、第１のアンテナ放射素子１４−１と接地電極１６と給電パターン１９との組合せが、第１の電波を受信する第１のアンテナ部１０−１として動作し、第２のアンテナ放射素子１４−２と接地電極１６と給電ピン１８との組合せが、第２の電波を受信する第２のアンテナ部１０−２として動作する。図示の例では、第１のアンテナ部１０−１は、第１の電波としてＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信するＧＰＳ用アンテナ部からなり、第２のアンテナ部１０−２は、第２の電波としてＳＤＡＲＳ衛星からのＳＤＡＲＳ信号を受信するＳＤＡＲＳ用アンテナ部からなる。

このようなアンテナ素子（パッチアンテナ）１０は、１つの誘電体基板１２に第１のアンテナ部（ＧＰＳ用アンテナ部）１０−１と第２のアンテナ部（ＳＤＡＲＳ用アンテナ部）１０−２とを一体に形成したので、特許文献１や特許文献２に開示されているように、２つのアンテナ素子を併設したものと比較して、小型にすることができる。

図４に第１のアンテナ部（ＧＰＳ用アンテナ部）１０−１のリターン・ロス特性を示し、図５に第２のアンテナ部（ＳＤＡＲＳ用アンテナ部）１０−２のリターン・ロス特性を示す。図４及び図５において、横軸は周波数［ＧＨｚ］を表し、縦軸はリターン・ロス［ｄＢ］を示す。

図４から明らかなように、第１のアンテナ部（ＧＰＳ用アンテナ部）１０−１は、周波数が１．５７５４２ＧＨｚのＧＰＳ帯でリターン・ロスが低くなっていることが分かる。また、図５から明らかなように、第２のアンテナ部（ＳＤＡＲＳ用アンテナ部）１０−２は、周波数が２，３２６２５ＧＨｚのＳＤＡＲＳ帯でリターン・ロスが低くなっていることが分かる。

なお、図１乃至図３に示したアンテナ素子１０では、誘電体基板１２の側面１２ｓの一箇所にのみ給電パターン１９を形成しているが、側面１２ｓの複数個所に給電パターン１９を形成しても良い。この場合には、図示しない給電位相シフタ（移相器）を用いればよい。すなわち、第１のアンテナ放射素子１４−１で受信された電波を、複数の給電パターン１９を介して給電位相シフタ（移相器）によって位相をシフトすることにより位相を一致させて（調整して）合成する。

図６は、図１乃至図３に示したアンテナ素子１０を使用したアンテナ装置２０の正面図である。

アンテナ装置２０は、アンテナ素子１０（誘電体基板１２）の底面１２ｄに設けられた回路基板２２と、出力ケーブル２３とを備える。回路基板２２は、その底面２２ｄに、第１の電波を処理して第１の処理信号を出力する第１の処理回路２２１と、第２の電波を処理して第２の処理信号を出力する第２の処理回路２２２と、第１の処理信号と第２の処理信号とを合成して合成信号を出力する合成回路２２３とを有する。出力ケーブル２３は、この合成信号を出力する。すなわち、合成信号は、出力ケーブル２３を介して、図示しない所定の処理機器（セット）に供給される。第１の処理回路２２１、第２の処理回路２２２、および合成回路２２３は、シールドカバー２４で覆われている。

なお、セット側では、出力ケーブル２３を介して受信した合成信号を分配回路（図示せず）によって第１の処理信号と第２の処理信号とに分配する。

前述したように、図示の例のアンテナ素子（パッチアンテナ）１０においては、第１のアンテナ部１０−１は第１の電波としてＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信するＧＰＳ用アンテナ部からなり、第２のアンテナ部１０−２は、第２の電波としてＳＤＡＲＳ衛星からのＳＤＡＲＳ信号を受信するＳＤＡＲＳ用アンテナ部からなる。この場合、第１の処理回路２２１は、ＧＰＳ用アンテナ部１０−１が受信した微弱なＧＰＳ信号を増幅して、増幅したＧＰＳ信号を第１の処理信号として出力するためのＧＰＳ用低雑音増幅部を含む。第２の処理回路２２２は、ＳＤＡＲＳ用アンテナ部１０−２が受信した微弱なＳＤＡＲＳ信号を増幅して、増幅したＳＤＡＲＳ信号を第２の処理信号として出力するためのＳＤＡＲＳ用低雑音増幅部を含む。

このように、本実施の形態では、第１の電波と第２の電波とを複合化して処理するので、省スペース化を図ることができ、コストダウンを図ることができる。

以下、図７乃至図９を参照して、回路基板２２に実装される第１の処理回路、第２の処理回路、および合成回路の具体例について説明する。ここでは、ＳＤＡＲＳがＸＭである場合について説明する。したがって、ＳＤＡＲＳ用アンテナ部１０−２はＸＭ用アンテナ部から成り、ＳＤＡＲＳ信号はＸＭ信号から成る。

最初に、図７を参照して、回路基板２２に実装される、第１及び第２の処理回路２２１、２２２と合成回路２２３の第１の実施例について説明する。

第１の処理回路２２１は、ＧＰＳ用第１段増幅器３１とＧＰＳ用バンドパスフィルタ３２とローパスフィルタ（ＬＰＦ）３３とから構成されている。ＧＰＳ用第１段増幅器３１は、ＧＰＳ用アンテナ部１０−１で受信したＧＰＳ信号を増幅して、第１のＧＰＳ用増幅信号を出力する。ＧＰＳ用バンドパスフィルタ３２は、第１のＧＰＳ用増幅信号の中からＧＰＳ帯（１．５ＧＨｚの周波数帯）を通過させて、ＧＰＳ用バンドパスフィルタした信号を第１の処理信号として出力する。ＧＰＳ用第１段増幅器３１とＧＰＳ用バンドパスフィルタ３２との組み合わせは、上記ＧＰＳ用低雑音増幅部として働く。ローパスフィルタ３３は、このＧＰＳ用バンドパスフィルタした信号（第１の処理信号）をそのまま通過させるとともに、後述する合成回路２２３からの合成信号が当該ＧＰＳ用低雑音増幅部に逆流するのを阻止するためのものである。すなわち、ローパスフィルタ３３は、合成回路２２３から合成信号がＧＰＳ用低雑音増幅部へ逆流するのを防止する第１の逆流防止手段として働く。とにかく、ＧＰＳ用バンドパスフィルタした信号は、ローパスフィルタ３３を介して、第１の処理信号として合成回路２３３へ供給される。

第２の処理回路２２２は、ＸＭ用第１段増幅器４１とＸＭ用バンドパスフィルタ４２とハイパスフィルタ（ＨＰＦ）４３とから構成される。ＸＭ用第１段増幅器４１は、ＸＭ用アンテナ部１０−２で受信したＸＭ信号を増幅して、第１のＸＭ用増幅信号を出力する。ＸＭ用バンドパスフィルタ４２は、第１のＸＭ用増幅信号の中からＸＭ帯（２．３ＧＨｚの周波数帯）を通過させて、ＸＭ用バンドパスフィルタした信号を第２の処理信号として出力する。ＸＭ用第１段増幅器４１とＸＭ用バンドパスフィルタ４２との組み合わせは、上記ＳＤＡＲＳ用低雑音増幅部（ＸＭ用低雑音増幅部）として働く。ハイパスフィルタ４３は、このＸＭ用バンドパスフィルタした信号（第２の処理信号）をそのまま通過させるとともに、後述する合成回路２２３からの合成信号が当該ＳＤＡＲＳ用低雑音増幅部（ＸＭ用低雑音増幅部）に逆流するのを阻止するためのものである。すなわち、ハイパスフィルタ４３は、合成回路２２３から合成信号がＳＤＡＲＳ用低雑音増幅部（ＸＭ用低雑音増幅部）へ逆流するのを防止する第２の逆流防止手段として働く。とにかく、ＸＭ用バンドパスフィルタした信号は、ハイパスフィルタ４３を介して、第２の処理信号として合成回路２２３へ供給される。

合成回路２２３は、合成用バラン５１と合成用第２段増幅器５２とから構成される。合成用バラン５１は、ＧＰＳ用バンドパスフィルタした信号（第１の処理信号）とＸＭ用バンドパスフィルタした信号（第２の処理信号）とを合成して、原合成信号を出力する。合成用第２段増幅器５２は、原合成信号を増幅して、増幅した信号を上記合成信号として出力する。尚、ＧＰＳ用バンドパスフィルタした信号（第１の処理信号）とＸＭ用バンドパスフィルタした信号（第２の処理信号）との合成に合成用バラン５１を使用するとしたが、合成用バランを使用せずに、各々の信号ラインを１本の信号ラインに結合する配線パターンのみで構成しても良い。

次に、図８を参照して、回路基板２２に実装される、第１及び第２の処理回路２２１Ａ、２２２Ａと合成回路２２３Ａの第２の実施例について説明する。

第１の処理回路２２１Ａは、ＧＰＳ用バンドパスフィルタ３２とローパスフィルタ（ＬＰＦ）３３と間にＧＰＳ用第２段増幅器３４が挿入されている点を除いて、図７に示した第１の処理回路２２１と同様の構成を有する。

ＧＰＳ用第２段増幅器３４は、ＧＰＳ用バンドパスフィルタ３２からのＧＰＳ用バンドパスフィルタした信号を増幅して、第２のＧＰＳ用増幅信号を第１の処理信号として出力する。ＧＰＳ用第１段増幅器３１とＧＰＳ用バンドパスフィルタ３２とＧＰＳ用第２段増幅器３４との組み合わせは、上記ＧＰＳ用低雑音増幅部として働く。ローパスフィルタ３３は、この第２のＧＰＳ用増幅信号（第１の処理信号）をそのまま通過させるとともに、後述する合成回路２２３Ａからの合成信号が当該ＧＰＳ用低雑音増幅部に逆流するのを阻止するためのものである。とにかく、第２のＧＰＳ用増幅信号は、ローパスフィルタ３３を介して、第１の処理信号として合成回路２３３Ａへ供給される。

第２の処理回路２２２Ａは、ＸＭ用バンドパスフィルタ４２とハイパスフィルタ（ＨＰＦ）４３との間にＸＭ用第２段増幅器４４が挿入されている点を除いて、図７に示した第２の処理回路２２２と同様の構成を有する。

ＸＭ用第２段増幅器４４は、ＸＭ用バンドパスフィルタ４２からのＸＭ用バンドパスフィルタした信号を増幅して、第２のＸＭ用増幅信号を第２の処理信号として出力する。ＸＭ用第１段増幅器４１とＸＭ用バンドパスフィルタ４２とＸＭ用第２段増幅器４４との組み合わせは、上記ＳＤＡＲＳ用低雑音増幅部（ＸＭ用低雑音増幅部）として働く。ハイパスフィルタ４３は、この第１のＸＭ用増幅信号（第２の処理信号）をそのまま通過させるとともに、後述する合成回路２２３Ａからの合成信号が当該ＳＤＡＲＳ用低雑音増幅部（ＸＭ用低雑音増幅部）へ逆流するのを阻止するためのものである。とにかく、第２のＧＰＳ用増幅信号は、ハイパスフィルタ４３を介して、第２の処理信号として合成回路２２３Ａへ供給される。

合成回路２２３Ａは、合成用バラン５１のみから構成される。合成用バラン５１は、第２のＧＰＳ用増幅信号（第１の処理信号）と第２のＸＭ用増幅信号（第２の処理信号）とを合成して、上記合成信号を出力する。尚、第２のＧＰＳ用増幅信号（第１の処理信号）と第２のＸＭ用増幅信号（第２の処理信号）との合成に合成用バラン５１を使用するとしたが、合成用バランを使用せずに、各々の信号ラインを１本の信号ラインに結合する配線パターンのみで構成しても良い。

最後に、図９を参照して、回路基板２２に実装される、第１及び第２の処理回路２２１、２２２Ａと合成回路２２３Ａの第３の実施例について説明する。すなわち、この第３の実施例は、第１の処理回路を図７に示したものと同一にした点を除いて、図８に示した第２の実施例と同様の構成を有する。換言すれば、この第３の実施例は、受信したＧＰＳ信号を余り増幅する必要がない用途（場合）に適している。

合成用バラン５１は、ＧＰＳ用バンドパスフィルタした信号（第１の処理信号）と第２のＸＭ用増幅信号（第２の処理信号）とを合成して、上記合成信号を出力する。尚、ＧＰＳ用バンドパスフィルタした信号（第１の処理信号）と第２のＸＭ用増幅信号（第２の処理信号）との合成に合成用バラン５１を使用するとしたが、合成用バランを使用せずに、各々の信号ラインを１本の信号ラインに結合する配線パターンのみで構成しても良い。

図１０を参照して、図６に示したアンテナ装置２０の第１の用途について説明する。図１０は、アンテナ装置２０とバーアンテナ６０とから成る複合アンテナ装置７０を示す部分断面斜視図である。バーアンテナ６０は、ＡＭ／ＦＭラジオ帯の電波と自動車電話用の電波との両方を受信する。アンテナ装置２０は、アンテナベース７２とトップケース７４とによって覆われている。バーアンテナ６０はトップケース７４から斜め上方に立設している。

従来においては、ＧＰＳ用アンテナ素子と衛星ラジオ用アンテナ素子を回路基板２２上に２つ並列に配置する必要があり、複合アンテナ装置のサイズが大きくなっていた。これに対して、第１の用途に係る複合アンテナ装置７０では、本実施例のアンテナ装置２０を搭載してＧＰＳ信号と衛星ラジオ信号を１つのアンテナ装置２０にて受信することが可能となり、複合アンテナ装置７０を小型化することができる。

また、従来においては、ＧＰＳ用アンテナ素子と衛星ラジオ用アンテナ素子を並列に配置した際には、各々を近づけて配置すると指向性で干渉が起こり、受信特性を劣化させる原因となっていた。これに対して、第１の用途に係る複合アンテナ装置７０では、１つのアンテナ装置２０にて双方を受信できるため、各々の干渉がなくなり、良好に電波を受信できる。

図１１を参照して、図６に示したアンテナ装置２０の第２の用途について説明する。図１１は、アンテナ装置２０を収容したアンテナ筐体２０Ａを上部に搭載したポータブルナビゲーション装置８０を示す外観斜視図である。

ポータブルナビゲーション装置８０は、装置筐体８２と、その前面に設けられた表示装置８４とを有する。装置筐体８２の上部に、アンテナ筐体２０Ａが搭載されている。

従来においては、ＧＰＳ用アンテナ装置及び衛星ラジオ用アンテナ装置の２つのアンテナ装置を、装置筐体８２に搭載する箇所を別途設ける必要があり、ポータブルナビゲーション装置が大きくなってコストアップを招いていた。これに対して、第２の用途に係るポータブルナビゲーション装置８０では、本実施例のアンテナ装置２０を採用することにより、アンテナ装置を搭載する部分をアンテナ筐体２０Ａのみとすることができ、ポータブルナビゲーション装置８０を小型化することができる。さらに、第２の用途に係るポータブルナビゲーション装置８０では、衛星ラジオ用アンテナ装置（またはＧＰＳ用アンテナ装置）を搭載する場所を別途用意する必要もないため、コスト低減もできる。

以上、本発明について好ましい実施の形態によって説明してきたが、本発明は上述した実施の形態に限定しないのは勿論である。例えば、誘電体基板の素材は、セラミックス材料に限らず、樹脂材料から構成されても良い。また、本発明に係るアンテナ素子（パッチアンテナ）は、ＧＰＳ信号とＳＤＡＲＳ信号とを受信するものに適しているが、これらの信号に限定されず、互いに異なる第１および第２の電波を受信するアンテナ素子としても利用可能である。

本発明の一実施の形態に係るアンテナ素子（パッチアンテナ）を示す斜視図である。 図１に示したアンテナ素子の底面図である。 図１に示したアンテナ素子の正面図である。 図１に示したアンテナ素子の第１のアンテナ部（ＧＰＳ用アンテナ部）のリターン・ロス特性を示す図である。 図１に示したアンテナ素子の第２のアンテナ部（ＳＤＡＲＳ用アンテナ部）のリターン・ロス特性を示す図である。 図１に示したアンテナ素子を含む、アンテナ装置の正面図である。 図６に示したアンテナ装置の回路基板に実装される、第１及び第２の処理回路と合成回路の第１の実施例を示すブロック図である。 図６に示したアンテナ装置の回路基板に実装される、第１及び第２の処理回路と合成回路の第２の実施例を示すブロック図である。 図６に示したアンテナ装置の回路基板に実装される、第１及び第２の処理回路と合成回路の第３の実施例を示すブロック図である。 図６に示したアンテナ装置とバーアンテナとから成る複合アンテナ装置を示す部分断面斜視図である。 図６に示したアンテナ装置を収容したアンテナ筐体を上部に搭載したポータブルナビゲーション装置を示す外観斜視図である。

符号の説明

１０ アンテナ素子（パッチアンテナ）
１０−１ 第１のアンテナ部（ＧＰＳ用アンテナ部）
１０−２ 第２のアンテナ部（ＳＤＡＲＳ用アンテナ部）
１２ 誘電体基板
１２ｕ 天面（上面）
１２ｄ 底面（下面）
１２ｓ 側面
１２ｔ 基板貫通孔
１４−１ 第１のアンテナ放射電極
１４−２ 第２のアンテナ放射電極
１５ 給電点
１６ 接地電極
１６ａ 接地貫通孔
１８ 給電ピン
１９ 給電パターン
２０ アンテナ装置
２０Ａ アンテナ筐体
２２ 回路基板
２２１、２２１Ａ 第１の処理回路
２２２、２２２Ａ 第２の処理回路
２２３、２２３Ａ 合成回路
２３ 出力ケーブル
２４ シールドケース
３１ ＧＰＳ用第１段増幅器
３２ ＧＰＳ用バンドパスフィルタ
３３ ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
３４ ＧＰＳ用第２段増幅器
４１ ＸＭ用第１段増幅器
４２ ＸＭ用バンドパスフィルタ
４３ ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）
４４ ＸＭ用第２段増幅器
５１ 合成用バラン
５２ 合成用第２段増幅器
６０ バーアンテナ
７０ 複合アンテナ装置
７２ アンテナベース
７４ トップケース
８０ ポータブルナビゲーション装置
８２ 装置筐体
８４ 表示装置

Claims (9)

1. 互いに異なる第１および第２の電波を受信するアンテナ素子であって、
   互いに対向する天面および底面と、側面と持つ誘電体基板であって、給電点で前記天面から前記底面へ貫通する基板貫通孔が穿設された、前記誘電体基板と、
   導電膜からなり、前記誘電体基板の前記天面の外周部に形成されたリング形状の第１のアンテナ放射電極と、
   導電膜からなり、前記第１のアンテナ放射電極で囲まれ、かつ、前記第１のアンテナ放射電極から離間して、前記誘電体基板の前記天面の中央部に形成された第２のアンテナ放射電極と、
   導電膜からなり、前記誘電体基板の前記底面に形成された接地電極であって、前記基板貫通孔と実質的に同心であって、かつ前記基板貫通孔よりも大きい径の接地貫通孔を持つ、前記接地電極と、
   前記誘電体基板の前記側面に形成され、電磁結合により前記第１のアンテナ放射電極へ給電を行う給電パターンと、
   一端が前記給電点で前記第２のアンテナ放射電極と接続され、他端が前記基板貫通孔および前記接地貫通孔を介して前記誘電体基板の底面側へ導出される給電ピンと、を有し、
   前記第１のアンテナ放射電極と前記接地電極と前記給電パターンとの組合せが、前記第１の電波を受信する第１のアンテナ部として動作し、前記第２のアンテナ放射電極と前記接地電極と前記給電ピンとの組合せが、前記第２の電波を受信する第２のアンテナ部として動作することを特徴とするアンテナ素子。
2. 前記誘電体基板はセラミックス材料から成る、請求項１に記載のアンテナ素子。
3. 前記第１及び第２のアンテナ放射電極は銀パターン印刷によって形成されている、請求項１又は２に記載のアンテナ素子。
4. 前記第１のアンテナ部は前記第１の電波としてＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信するＧＰＳ用アンテナ部から成り、
   前記第２のアンテナ部は前記第２の電波としてＳＤＡＲＳ衛星からのＳＤＡＲＳ信号を受信するＳＤＡＲＳ用アンテナ部から成る、請求項１乃至３のいずれか１つに記載のアンテナ素子。
5. 請求項１に記載のアンテナ素子と、
   該アンテナ素子を搭載する回路基板であって、前記１の電波を処理して第１の処理信号を出力する第１の処理回路と、前記第２の電波を処理して第２の処理信号を出力する第２の処理回路と、前記第１の処理信号と前記第２の処理信号とを合成して合成信号を出力する合成回路とを有する、前記回路基板と、
   前記合成信号を出力する出力ケーブルと、
   を備えるアンテナ装置。
6. 前記第１のアンテナ部は前記第１の電波としてＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信するＧＰＳ用アンテナ部から成り、
   前記第２のアンテナ部は前記第２の電波として受信するＳＤＡＲＳ衛星からのＳＤＡＲＳ信号を受信するＳＤＡＲＳ用アンテナ部から成る、
   請求項５に記載のアンテナ装置。
7. 前記第１の処理回路は、前記ＧＰＳ信号を増幅して、増幅したＧＰＳ信号を前記第１の処理信号として出力するＧＰＳ用低雑音増幅部を含み、
   前記第２の処理回路は、前記ＳＤＡＲＳ信号を増幅して、増幅したＳＤＡＲＳ信号を前記第２の処理信号として出力するＳＤＡＲＳ用低雑音増幅部を含む、
   請求項６に記載のアンテナ装置。
8. 前記第１の処理回路は、前記合成回路から前記合成信号が前記ＧＰＳ用低雑音増幅部へ逆流するのを防止する第１の逆流防止手段を更に有し、
   前記第２の処理回路は、前記前記合成回路から前記合成信号が前記ＳＤＡＲＳ用低雑音増幅部へ逆流するのを防止する第２の逆流防止手段を更に有する、
   請求項７に記載のアンテナ装置。
9. 前記第１の逆流防止手段は、前記第１の処理信号を前記合成回路へ通過させるが、前記合成信号が前記ＧＰＳ用低雑音増幅部へ逆流するのを阻止するローパスフィルタから構成され、
   前記第２の逆流防止手段は、前記第２の処理信号を前記合成回路へ通過させるが、前記合成信号が前記ＳＤＡＲＳ用低雑音増幅部へ逆流するのを阻止するハイパスフィルタから構成される、
   請求項８に記載のアンテナ装置。

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