JP2010161436A - 複合アンテナ素子 - Google Patents

Abstract

【課題】互いに近接した２つの周波数の電波を受信することができる、複合アンテナ素子を提供すること。
【解決手段】互いに近接した第１および第２の周波数を持つ第１および第２の電波を受信する複合アンテナ素子は、天面１２ｕ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リング形状の第１のアンテナパターン１４−１と、第１のアンテナパターンで囲まれ、かつ、第１のアンテナパターンから離間して、誘電体基板の天面の中央部に形成された第２のアンテナパターン１４−２と、第１及び第２のアンテナパターンから所定高さｈ離間して上方に配置された導体板２０とを有する。導体板２０は、第２のアンテナパターンを実質的に覆う内部導体部２２と、この内部導体部から所定のスリット幅ｄをもって離間して配置されたループ形状の外部導体部２２とからなる。
【選択図】図４

Description

本発明は、アンテナ素子に関し、特に、２種類の電波を受信する複合アンテナ素子に関する。

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基の人工衛星のうちの４基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信号の周波数は、１．５７５４２ＧＨｚ±１．０２３ＭＨｚ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２．３３８７５ＧＨｚ±６ＭＨｚ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、その電波を受信する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られる。

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。

２つの周波数の電波に対応可能な構成でありながら、全体の構成を小型化するアンテナ装置も提案されている（例えば、特許文献３参照）。この特許文献３に開示されたアンテナ装置は、ケースと、第１の周波数用のコイルアンテナと、パッチアンテナ素子及びグランドプレーンから構成された第２の周波数用のパッチアンテナとを備えている。特許文献３に開示されてアンテナ装置では、ケース内で、上部にコイルアンテナを配設し、中間部にパッチアンテナ素子を配設し、下部にグランドプレーンを配設して３層構造をなすように構成されている。特許文献３に開示されたアンテナ装置において、パッチアンテナは、高周波であるＵＨＦ（例えば９００ＭＨｚ）の電波を送受信するアンテナであり、コイルアンテナは、低周波である短波（例えば１３．５６ＭＨｚ）の電波を送受信するアンテナである。

さらに、高仰角においてアンテナ指向性利得の大きいアンテナ特性を持つパッチアンテナが提案されている（例えば、特許文献４参照）。この特許文献４に開示されたパッチアンテナでは、その天面に導波器が設けられている。導波器は、パッチアンテナの天面に貼り付けられたクッション部材と、このクッション部材の上に配置された金属リングと、から構成される。

特開２００２−１１１３７７号公報 特開２００２−５０９２５号公報 特開２００７−１５０８２７号公報 特開２００６−２３７８１３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。

一方、上述した特許文献３に開示されたアンテナ装置では、２つの周波数の電波を送受信可能である。しかしながら、特許文献３に開示されたアンテナ装置においては、送受信可能な電波の２つの周波数は、互いに相当離間しており、互いに近接した２つの周波数の電波を送受信することはできない。

上述した特許文献４に開示されたパッチアンテナは、高仰角におけるアンテナ指向性利得を大きくするために、その天面に導波器を設けたものを開示しているに過ぎず、２種類の電波を受信することはできない。

したがって、本発明の課題は、互いに近接した２つの周波数の電波を受信することができる、複合アンテナ素子を提供することにある。

本発明の他の課題は、互いに近接した２つの周波数の電波としてＧＰＳ信号とＳＤＡＲＳ信号とを受信することができる、複合アンテナ素子を提供することにある。

本発明によれば、互いに近接した第１および第２の周波数を持つ第１および第２の電波を受信する複合アンテナ素子（１０Ａ）であって、天面（１２ｕ）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リング形状の第１のアンテナパターン（１４−１）と、第１のアンテナパターンで囲まれ、かつ、第１のアンテナパターンから離間して、誘電体基板の天面の中央部に形成された第２のアンテナパターン（１４−２）と、第１及び第２のアンテナパターンから所定高さ（ｈ）離間して上方に配置された導体板(２０)とを有し、導体板(２０)は、第２のアンテナパターンを実質的に覆う内部導体部（２２）と、この内部導体部から所定のスリット幅（ｄ）をもって離間して配置されたループ形状の外部導体部（２２）とからなる、複合アンテナ素子（１０Ａ）が得られる。

上記本発明によるアンテナ素子（１０Ａ）において、内部導体部（２２）は、第２のアンテナパターン（１４−２）の外寸法より僅かに大きい外寸法を持ち、外部導体部（２４）は、第１のアンテナパターン（１４−１）の外寸法より僅かに小さい内寸法を持つ、ことが好ましい。複合アンテナ素子（１０Ａ）は、誘電体基板（１２）の天面（１２ｕ）上に形成されて、電磁結合により第１のアンテナパターン（１４−１）へ給電を行う給電パターン（１９）と、第２のアンテナパターン(１４−２)に一端が接続され、誘電体基板(１２)を貫通して第２のアンテナパターン(１４−２)へ給電を行う給電ピン（１８）と、を更に有してよい。複合アンテナ素子（１０Ａ）は、誘電体基板（１２）の底面（１２ｄ）に形成された接地パターン（１６）を更に有してよい。この場合、第１のアンテナパターン（１４−１）と接地パターン（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のアンテナパターン（１４−２）と接地パターン（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。

上記本発明によるアンテナ素子（１０Ａ）において、誘電体基板(１２)はセラミックス材料から構成されてよい。第１及び第２のアンテナパターン（１４−１，１４−２）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。

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、第１及び第２のアンテナパターンから所定高さ離間して上方に導体板を配置し、導体板は、第２のアンテナパターンを実質的に覆う内部導体部と、この内部導体部から所定のスリット幅をもって離間して配置されたループ形状の外部導体部とから構成されているので、互いに近接した２つの周波数の電波を受信することができる、複合アンテナ素子を提供することができる。

関連する複合アンテナ素子を示す平面図である。 図１に図示した複合アンテナ素子の底面図である。 図１に図示した複合アンテナ装置の正面図である。 本発明の一実施の形態に係る複合アンテナ素子を示す斜視図である。 図４に図示した複合アンテナ素子の右側面図である。 図４及び図５に図示した複合アンテナ素子に使用される、第１及び第２のアンテナパターンの具体的な寸法を説明するための平面図である。 図４及び図５に図示した複合アンテナそしに使用される、導体板の具体的な寸法を説明するための平面図である。 図４及び図５に示した本発明の実施の形態による複合アンテナ素子（導体板あり）と、図１乃至図３に示した関連する複合アンテナ素子（導体板なし）との、第１のアンテナ部（ＧＰＳ用アンテナ部）の周波数特性（反射特性および軸比）を示す図である。 図４及び図５に示した本発明の実施の形態による複合アンテナ素子（導体板あり）と、図１乃至図３に示した関連する複合アンテナ素子（導体板なし）との、第２のアンテナ部（ＳＤＡＲＳ用アンテナ部）の周波数特性（反射特性および軸比）を示す図である。 高さｈを０．８ｍｍ、１．０ｍｍ、１．５ｍｍ、２ｍｍと変化させたときの、複合アンテナ素子の第１のアンテナ部（ＧＰＳ用アンテナ部）の周波数特性（Ｓパラメータおよび軸比）を示す図である。 高さｈを０．８ｍｍ、１．０ｍｍ、１．５ｍｍ、２ｍｍと変化させたときの、複合アンテナ素子の第２のアンテナ部（ＳＤＡＲＳ用アンテナ部）の周波数特性（Ｓパラメータおよび軸比）を示す図である。 スリット幅ｄを１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍと変化させたときの、複合アンテナ素子の第１のアンテナ部（ＧＰＳ用アンテナ部）の周波数特性（Ｓパラメータおよび軸比）を示す図である。 スリット幅ｄを１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍと変化させたときの、複合アンテナ素子の第２のアンテナ部（ＳＤＡＲＳ用アンテナ部）の周波数特性（Ｓパラメータおよび軸比）を示す図である。 内部導体部の外寸法Ｌ_ｍｉを１０ｍｍ、１２ｍｍ、１４ｍｍ、１６ｍｍと変化させたときの、複合アンテナ素子の第１のアンテナ部（ＧＰＳ用アンテナ部）の周波数特性（Ｓパラメータおよび軸比）を示す図である。 内部導体部の外寸法Ｌ_ｍｉを１０ｍｍ、１２ｍｍ、１４ｍｍ、１６ｍｍと変化させたときの、複合アンテナ素子の第２のアンテナ部（ＳＤＡＲＳ用アンテナ部）の周波数特性（Ｓパラメータおよび軸比）を示す図である。

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。

最初に図１乃至図３を参照して、本発明の理解を容易にするために、関連する複合アンテナ素子１０について説明する。図１は複合アンテナ素子１０を示す平面図である。図２は図１に示した複合アンテナ素子１０の底面図である。図３は図１に示した複合アンテナ素子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。

図示の複合アンテナ素子１０は、互いに異なる第１および第２の周波数を持つ第１および第２の電波を受信するアンテナ素子である。複合アンテナ素子１０は、略直方体形状の誘電体基板１２と、第１及び第２のアンテナパターン（放射素子）１４−１、１４−２と、接地パターン（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。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Ｌｄが２７ｍｍで、左右方向Ｙの幅Ｗｄが２７ｍｍで、上下方向Ｚの高さＨｄが４ｍｍである。

第１のアンテナパターン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のアンテナパターン１４−１は、リング形状をしている。第１のアンテナパターン１４−１の右奥及び左手前の角部には、切欠き１４−１ａが形成されている。第１のアンテナパターン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のアンテナパターン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のアンテナパターン１４−２は、１１．８ｍｍ×１１．８５ｍｍの寸法を持つ矩形をしている。第２のアンテナパターン１４−２は、第１のアンテナパターン１４−１で囲まれ、かつ、第１のアンテナパターン１４−１から僅かのギャップを空けて離間している。第２のアンテナパターン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、接地パターン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。この接地パターン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のアンテナパターン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、接地パターン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のアンテナパターン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の上面１２ｕに形成されており、電磁結合により第１のアンテナパターン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、第１のアンテナパターン１４−１から所定のギャップを空けて配置されている。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。

このような構成の複合アンテナ素子１０において、第１のアンテナパターン１４−１と接地パターン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として動作する。また、第２のアンテナパターン１４−２と接地パターン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。

すなわち、第１のアンテナ部１０−１はループアンテナから成り、第２のアンテナ部１０−２はパッチアンテナから成る。

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。

図１に示されるように、関連する複合アンテナ素子１０では、第１および第２のアンテナパターン１４−１、１４−２が一平面（誘電体基板１２の天面１２ｕ）上に設置されている。このような複合アンテナ素子１０では、低周波数側の第１のアンテナパターン１４−１と、高周波数側の第２のアンテナパターン１４−２とを密接に設置する必要がある。

図１に示されるような、第１の周波数帯用の第１のアンテナパターン１４−１を含むループアンテナ１０−１内に、第２の周波数帯用の第２のアンテナパターン１４−２を含むパッチアンテナ１０−２を設置する、複合アンテナ素子１０に関して、使用周波数帯は、ループアンテナ１０−１では第１のアンテナパターン１４−１のループ径、パッチアンテナ１０−２では第２のアンテナパターン１４−２の外形で決定される。

前述したように、ＧＰＳ信号の周波数は１．５７５４２ＧＨｚ±１．０２３ＭＨｚであり、ＳＤＡＲＳ信号の周波数は２．３３８７５ＧＨｚ±６ＭＨｚである。このような、２つの使用周波数帯が比較的近接している状況において、その周波数用に複合アンテナ素子１０を調整しようとしたとする。その場合、２つのアンテナパターン１４−１、１４−２が接触したり、若しくは重なってしまい、複合アンテナ素子１０を構成することができなる恐れがある。

本発明は、このような関連する複合アンテナ素子１０の問題を解決するためになされたもので、より近接した２つの周波数帯の電波を受信可能で、共振周波数特性を容易に調整することが可能な、複合アンテナ素子を提供することを目的としている。

図４及び図５を参照して、本発明の一実施の形態に係る複合アンテナ素子１０Ａについて説明する。図４は複合アンテナ素子１０Ａを示す斜視図である。図５は図４に示した複合アンテナ素子１０Ａの右側面図である。図４及び図５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。

図示の複合アンテナ素子１０Ａは、導体板２０を更に備えている点を除いて、図１乃至図３に示した関連する複合アンテナ素子１０と同様の構成を有する。従って、図１乃至図３に示したものと同様の機能を有するものには同一の参照符号を付し、以下では重複した説明を省略して、相違点についてのみ説明する。

導体板２０は、第１及び第２のアンテナパターン１４−１、１４−２から所定高さｈ離間して上方に配置されている。この導体板２０と誘電体基板１２との間には、図示しないスペーサが配置されている。スペーサは、誘電体基板１２の角部に配置されることが好ましい。この場合、スペーサを、第１のアンテナパターン１４−１の切欠き１４−１ａが無い、誘電体基板１２の角部に配置することがより好ましい。

図示の例では、導体板２０は、フィルム板と、そのフィルム板上に形成された金属箔とから構成されている。金属箔を構成する金属としては、銅、アルミニウム等を使用して良い。また、導体板２０は、ブリキから構成されても良い。

尚、図示の例では、導体板２０は誘電体基板１２上にスペーサを介して配設されているが、ハウジング（図示せず）から導体板２０を吊り下げて、導体板２０と誘電体基板１２との間に高さｈを確保しても良い。

導体板２０は、内部導体部２２と、外部導体部２４とから構成されている。内部導体部２２は、第２のアンテナパターン１４−２を実質的に覆うように、第２のアンテナパターン１４−２の外寸法より僅かに大きい外寸法を持つ。外部導体部２４は、内部導体部２２から所定のスリット幅ｄをもって離間して配置されている。外部導体部２４は、第１のアンテナパターン１４−１の外寸法よりも僅かに小さい内寸法を持つループ形状をしている。従って、内部導体部２２と外部導体部２４との間には、矩形リング形状の導体板スリット２６が形成されている。

図６を参照して、複合アンテナ素子１０Ａに使用される、第１及び第２のアンテナパターン１４−１、１４−２の具体的な寸法について説明する。

第１のアンテナパターン１４−１の外寸法は、縦（前後方向の長さ）Ｌ_ａ１が１６．２ｍｍで、横（左右方向の幅）Ｗ_ａ１が１６．２ｍｍである。すなわち、第１のアンテナパターン１４−１の外形は、正方形である。第１のアンテナパターン１４−１のリング幅Ｔ_ａ１は、２ｍｍである。したがって、第１のアンテナパターン１４−１の内寸法は、縦（前後方向の長さ）が１２．２ｍｍで、横（左右方向の幅）が１２．２ｍｍである。すなわち、第１のアンテナパターン１４−１の内形も、正方形である。

第２のアンテナパターン１４−２の外寸法は、縦（前後方向の長さ）Ｌ_ａ２が１１．８５ｍｍで、横（左右方向の幅）Ｗ_ａ２が１１．８ｍｍである。すなわち、第２のアンテナパターン１４−２の外形は、左右方向（幅方向）よりも前後方向（縦方向）に僅かに長い、矩形をしている。

第２のアンテナパターン１４−１が縦方向に長い矩形をしているので、第１のアンテナパターン１４−１と第２のアンテナパターン１４−２との間に形成される隙間（ギャップ）も、前後方向（縦方向）と左右方向（幅方向）において異なる。

詳述すると、第１のアンテナパターン１４−１と第２のアンテナパターン１４−２との間の前後方向（縦方向）の隙間（ギャップ）は、｛（Ｌ_ａ１−２Ｔ_ａ１）−Ｌ_ａ２｝／２で表されるので、０．１７５ｍｍである。一方、第１のアンテナパターン１４−１と第２のアンテナパターン１４−２との間の左右方向（幅方向）の隙間（ギャップ）は、｛（Ｗ_ａ１−２Ｔ_ａ１）−Ｗ_ａ２｝／２で表されるので、０．２ｍｍである。

次に、図７を参照して、複合アンテナ素子１０Ａに使用される、導体板２０の具体的な寸法について説明する。

内部導体部２２の外寸法は、縦（前後方向の長さ）Ｌ_ｍｉが１２ｍｍで、横（左右方向の幅）Ｗ_ｍｉが１２ｍｍである。すなわち、内部導体部２２の外形は、正方形である。したがって、内部導体部２２の外寸法（Ｌ_ｍｉ×Ｗ_ｍｉ）は、第２のアンテナパターン１４−２の外寸法（Ｌ_ａ２×Ｗ_ａ２）よりも僅かに大きいことが分かる。

外部導体部２４の外寸法は、縦（前後方向の長さ）Ｌ_ｍｏが３０ｍｍで、横（左右方向の幅）Ｗ_ｍｏが３０ｍｍである。すなわち、外部導体部２４の外形は、正方形である。導体板スリット２６のスリット幅ｄは２ｍｍである。したがって、外部導体部２４の内寸法は、縦（前後方向の長さ）（Ｌ_ｍｉ＋２ｄ）が１６ｍｍで、横（左右方向の幅）（Ｗ_ｍｉ＋２ｄ）が１６ｍｍである。従って、外部導体２４の内寸法（（Ｌ_ｍｉ＋２ｄ）×（Ｗ_ｍｉ＋２ｄ））は、第１のアンテナパターン１４−１の外寸法（Ｌ_ａ１×Ｗ_ａ１）よりも僅かに小さいことが分かる。

尚、導体板２０と誘電体基板１２との間の離間距離、すなわち、高さｈは、１．０ｍｍである。

次に、図８及び図９を参照して、図４及び図５に示した本発明の実施の形態による複合アンテナ素子１０Ａ（導体板２０あり）と、図１乃至図３に示した関連する複合アンテナ素子１０（導体板２０なし）との周波数特性について説明する。図８は第１のアンテナ部（ＧＰＳ用アンテナ部）１０−１の周波数特性（反射特性および軸比）を示し、図９は、第２のアンテナ部（ＳＤＡＲＳ用アンテナ部）１０−２の周波数特性（反射特性および軸比）を示す。

尚、一般的に、アンテナ素子として要求されるアンテナ特性としては、反射特性（S-Parameter）が−１０ｄＢ以下で、軸比（Axial Ratio）が３ｄＢ以下であれば良いとされている。

図８及び図９の各々において、横軸は周波数（Frequency）［ＧＨｚ］を表し、左縦軸は反射特性（S-Parameter）［ｄＢ］を表し、右縦軸は軸比（Axial Ratio）［ｄＢ］を表している。

図８から、導体板２０がある、複合アンテナ素子１０Ａの第１のアンテナ部（ＧＰＳ用アンテナ部）１０−１では、反射特性（S-Parameter）が、約１．５６４ＧＨｚ〜約１．５８４ＧＨｚの周波数範囲で−１０ｄＢ以下となり、軸比（Axial Ratio）が、約１．５７３ＧＨｚ〜約１．５７８ＧＨｚの周波数範囲で約３ｄＢ以下となり、約１．５７５ＧＨｚの周波数で約０ｄＢのピークを持つことが分かる。これに対して、導体板２０が無い、複合アンテナ素子１０の第１の第１のアンテナ部（ＧＰＳ用アンテナ部）１０−１では、反射特性（S-Parameter）が、約１．５４７ＧＨｚ〜約１．５５５ＧＨｚの周波数範囲及び約１．５６２ＧＨｚ〜約１．５６８ＧＨｚの周波数範囲で−１０ｄＢ以下となり、軸比（Axial Ratio）が、約１．５５８ＧＨｚの周波数で約５ｄＢのピークを持つことが分かる。

すなわち、導体板２０がある、複合アンテナ素子１０Ａの第１のアンテナ部（ＧＰＳ用アンテナ部）１０−１の方が、導体板２０が無い、複合アンテナ素子１０の第１のアンテナ部（ＧＰＳ用アンテナ部）１０−１に比較して、低周波数側（ＧＰＳ信号受信側）の共振周波数が高周波数側にシフトし、かつアンテナ特性も良好であることが分かる。

図９から、導体板２０がある、複合アンテナ素子１０Ａの第２のアンテナ部（ＳＤＡＲＳ用アンテナ部）１０−２では、反射特性（S-Parameter）が、約２．３３ＧＨｚ〜約２．３７ＧＨｚの周波数範囲で−１０ｄＢ以下となり、軸比（Axial Ratio）が、約２．３４２ＧＨｚ〜約２．３５ＧＨｚの周波数範囲で約３ｄＢとなり、約２．３４５ＧＨｚの周波数で約２ｄＢのピークを持つことが分かる。これに対して、導体板２０が無い、複合アンテナ素子１０の第２の第１のアンテナ部（ＳＤＡＲＳ用アンテナ部）１０−２では、反射特性（S-Parameter）が、約２．３７５ＧＨｚ〜約２．３９ＧＨｚの周波数範囲で−１０ｄＢとなり、軸比（Axial Ratio）が、約２．３８ＧＨｚの周波数で約４ｄＢのピークを持つことが分かる。

すなわち、導体板２０がある、複合アンテナ素子１０Ａの第２のアンテナ部（ＳＤＡＲＳ用アンテナ部）１０−２の方が、導体板２０が無い、複合アンテナ素子１０の第２のアンテナ部（ＳＤＡＲＳ用アンテナ部）１０−２に比較して、高周波数側（ＳＤＡＲＳ信号受信側）の共振周波数が低周波数側にシフトし、かつアンテナ特性も良好であることが分かる。

次に、図１０及び図１１を参照して、高さｈを変化させたときの、複合アンテナ素子１０Ａの周波数特性について説明する。図１０は、高さｈを０．８ｍｍ、１．０ｍｍ、１．５ｍｍ、２ｍｍと変化させたときの、第１のアンテナ部（ＧＰＳ用アンテナ部）１０−１の周波数特性（Ｓパラメータおよび軸比）を示す。図１１は、高さｈを０．８ｍｍ、１．０ｍｍ、１．５ｍｍ、２ｍｍと変化させたときの、第２のアンテナ部（ＳＤＡＲＳ用アンテナ部）１０−２の周波数特性（Ｓパラメータおよび軸比）を示す。

図１０から、高さｈが０．８ｍｍと１．０ｍｍのとき、第１のアンテナ部（ＧＰＳ用アンテナ部）１０−１では、Ｓパラメータが、約１．５６４ＧＨｚ〜約１．５８４ＧＨｚの周波数範囲で−１０ｄＢ以下となり、軸比（Axial Ratio）が、約１．５７２ＧＨｚ〜約１．５７７ＧＨｚの周波数範囲で約３ｄＢ以下となり、約１．５７５ＧＨｚの周波数で約０ｄＢのピークを持つことが分かる。これに対して、高さｈが１．５ｍｍのとき、第１のアンテナ部（ＧＰＳ用アンテナ部）１０−１では、Ｓパラメータが、約１．５７６ＧＨｚ〜約１．５８ＧＨｚの周波数範囲で−１０ｄＢ以下となり、軸比（Axial Ratio）が、約１．５６８ＧＨｚ〜約１．５７３ＧＨｚの周波数範囲で約３ｄＢ以下となり、約１．５７ＧＨｚの周波数で約２ｄＢのピークを持つことが分かる。また、高さｈが２ｍｍのとき、第１のアンテナ部（ＧＰＳ用アンテナ部）１０−１では、Ｓパラメータが、約１．５５５ＧＨｚ〜約１．５７６ＧＨｚの周波数範囲で−１０ｄＢ以下となり、軸比（Axial Ratio）が、約１．５６４ＧＨｚ〜約１．５６７ＧＨｚの周波数範囲で約３ｄＢ以下となり、約１．５６５ＧＨｚの周波数で約２．５ｄＢのピークを持つことが分かる。

また、図１１から、高さｈが１．０ｍｍのとき、第２のアンテナ部（ＳＤＡＲＳ用アンテナ部）１０−２では、Ｓパラメータが、約２．３３ＧＨｚ〜約２．３７ＧＨｚの周波数範囲で−１０ｄＢ以下となり、軸比（Axial Ratio）が、約２．３４２ＧＨｚ〜約２．３５１ＧＨｚの周波数範囲で約３ｄＢ以下となり、約２．３４５ＧＨｚの周波数で約２ｄＢのピークを持つことが分かる。これに対して、高さｈが０．８ｍｍのとき、第２のアンテナ部（ＳＤＡＲＳ用アンテナ部）１０−２では、Ｓパラメータが、約２．３１５ＧＨｚ〜約２．３６ＧＨｚの周波数範囲で−１０ｄＢ以下となり、軸比（Axial Ratio）が、約２．３３１ＧＨｚ〜約２．３３７ＧＨｚの周波数範囲で約３ｄＢ以下となり、約２．３３５ＧＨｚの周波数で約２ｄＢのピークを持つことが分かる。高さｈが１．５ｍｍのとき、第２のアンテナ部（ＳＤＡＲＳ用アンテナ部）１０−２では、Ｓパラメータが、約２．３４ＧＨｚ〜約２．３８５ＧＨｚの周波数範囲で−１０ｄＢ以下となり、軸比（Axial Ratio）が、約２．３５６ＧＨｚ〜約２．３６４ＧＨｚの周波数範囲で約３ｄＢ以下となり、約２．３６ＧＨｚの周波数で約１ｄＢのピークを持つことが分かる。高さｈが２ｍｍのとき、第２のアンテナ部（ＳＤＡＲＳ用アンテナ部）１０−２では、Ｓパラメータが、約２．３４５ＧＨｚ〜約２．３８２ＧＨｚの周波数範囲で−１０ｄＢ以下となり、軸比（Axial Ratio）が、約２．３５９ＧＨｚ〜約２．３６９ＧＨｚの周波数範囲で約３ｄＢ以下となり、約２．３６５ＧＨｚの周波数で約１ｄＢのピークを持つことが分かる。

したがって、高さｈが１．０ｍｍのとき、アンテナ特性が良好であることが分かる。

次に、図１２及び図１３を参照して、スリット幅ｄを変化させたときの、複合アンテナ素子１０Ａの周波数特性について説明する。図１２は、スリット幅ｄを１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍと変化させたときの、第１のアンテナ部（ＧＰＳ用アンテナ部）１０−１の周波数特性（Ｓパラメータおよび軸比）を示す。図１３は、スリット幅ｄを１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍと変化させたときの、第２のアンテナ部（ＳＤＡＲＳ用アンテナ部）１０−２の周波数特性（Ｓパラメータおよび軸比）を示す。

図１２から、スリット幅ｄが２ｍｍのとき、第１のアンテナ部（ＧＰＳ用アンテナ部）１０−１では、Ｓパラメータが、約１．５６４ＧＨｚ〜約１．５８４ＧＨｚの周波数範囲で−１０ｄＢ以下となり、軸比（Axial Ratio）が、約１．５７３ＧＨｚ〜約１．５７９ＧＨｚの周波数範囲で約３ｄＢ以下となり、約１．５７５ＧＨｚの周波数で約０ｄＢのピークを持つことが分かる。これに対して、スリット幅ｄが１ｍｍのとき、第１のアンテナ部（ＧＰＳ用アンテナ部）１０−１では、Ｓパラメータが、約１．５６８ＧＨｚ〜約１．５８７ＧＨｚの周波数範囲で−１０ｄＢ以下となり、軸比（Axial Ratio）が、約１．５７７ＧＨｚ〜約１．５８２ＧＨｚの周波数範囲で約３ｄＢ以下となり、約１．５８ＧＨｚの周波数で約０ｄＢのピークを持つことが分かる。また、スリット幅ｄが３ｍｍのとき、第１のアンテナ部（ＧＰＳ用アンテナ部）１０−１では、Ｓパラメータが、約１．５５６ＧＨｚ〜約１．５７６ＧＨｚの周波数範囲で−１０ｄＢ以下となり、軸比（Axial Ratio）が、約１．５６４ＧＨｚ〜約１．５６９ＧＨｚの周波数範囲で約３ｄＢ以下となり、約１．５６５ＧＨｚの周波数で約１ｄＢのピークを持つことが分かる。スリット幅ｄが４ｍｍのとき、第１のアンテナ部（ＧＰＳ用アンテナ部）１０−１では、Ｓパラメータが、約１．５５４ＧＨｚ〜約１．５７５ＧＨｚの周波数範囲で−１０ｄＢ以下となり、軸比（Axial Ratio）が、約１．５６１ＧＨｚ〜約１．５６６ＧＨｚの周波数範囲で約３ｄＢ以下となり、約１．５６２ＧＨｚの周波数で約２ｄＢのピークを持つことが分かる。

また、図１３から、スリット幅ｄが２ｍｍのとき、第２のアンテナ部（ＳＤＡＲＳ用アンテナ部）１０−２では、Ｓパラメータが、約２．３３ＧＨｚ〜約２．３７ＧＨｚの周波数範囲で−１０ｄＢ以下となり、軸比（Axial Ratio）が、約２．３４２ＧＨｚ〜約２．３５１ＧＨｚの周波数範囲で約３ｄＢ以下となり、約２．３４５ＧＨｚの周波数で約２ｄＢのピークを持つことが分かる。これに対して、スリット幅ｄが１ｍｍのとき、第２のアンテナ部（ＳＤＡＲＳ用アンテナ部）１０−２では、Ｓパラメータが、約２．３４ＧＨｚ〜約２．３８ＧＨｚの周波数範囲で−１０ｄＢ以下となり、軸比（Axial Ratio）が、約２．３５ＧＨｚ〜約２．３６ＧＨｚの周波数範囲で約３ｄＢ以下となり、約２．３５５ＧＨｚの周波数で約０ｄＢのピークを持つことが分かる。スリット幅ｄが３ｍｍのとき、第２のアンテナ部（ＳＤＡＲＳ用アンテナ部）１０−２では、Ｓパラメータが、約２．３０ＧＨｚ〜約２．３３ＧＨｚの周波数範囲で−１０ｄＢ以下となり、軸比（Axial Ratio）が、約２．３１５ＧＨｚの周波数で約５ｄＢのピークを持つことが分かる。スリット幅ｄが４ｍｍのとき、第２のアンテナ部（ＳＤＡＲＳ用アンテナ部）１０−２では、Ｓパラメータが、−１０ｄＢ以下となる周波数範囲はなく、軸比（Axial Ratio）が、約２．２７５ＧＨｚの周波数で約８ｄＢのピークを持つことが分かる。

したがって、スリット幅ｄが１ｍｍ〜２ｍｍの範囲のとき、アンテナ特性が良好であることが分かる。

次に、図１４及び図１５を参照して、内部導体部２２の外寸法Ｌ_ｍｉを変化させたときの、複合アンテナ素子１０Ａの周波数特性について説明する。図１４は、内部導体部２２の外寸法Ｌ_ｍｉを１０ｍｍ、１２ｍｍ、１４ｍｍ、１６ｍｍと変化させたときの、第１のアンテナ部（ＧＰＳ用アンテナ部）１０−１の周波数特性（Ｓパラメータおよび軸比）を示す。図１５は、内部導体部２２の外寸法Ｌ_ｍｉを１０ｍｍ、１２ｍｍ、１４ｍｍ、１６ｍｍと変化させたときの、第２のアンテナ部（ＳＤＡＲＳ用アンテナ部）１０−２の周波数特性（Ｓパラメータおよび軸比）を示す。

図１４から、内部導体部２２の外寸法Ｌ_ｍｉが１２ｍｍのとき、第１のアンテナ部（ＧＰＳ用アンテナ部）１０−１では、Ｓパラメータが、約１．５６４ＧＨｚ〜約１．５８４ＧＨｚの周波数範囲で−１０ｄＢ以下となり、軸比（Axial Ratio）が、約１．５７３ＧＨｚ〜約１．５７８ＧＨｚの周波数範囲で約３ｄＢ以下となり、約１．５７５ＧＨｚの周波数で約０ｄＢのピークを持つことが分かる。これに対して、内部導体部２２の外寸法Ｌ_ｍｉが１０ｍｍのとき、第１のアンテナ部（ＧＰＳ用アンテナ部）１０−１では、Ｓパラメータが、約１．５６８ＧＨｚ〜約１．５７７ＧＨｚの周波数範囲で−１０ｄＢ以下となり、軸比（Axial Ratio）が、約１．５６９ＧＨｚ〜約１．５７３ＧＨｚの周波数範囲で約３ｄＢ以下となり、約１．５７ＧＨｚの周波数で約０ｄＢのピークを持つことが分かる。また、内部導体部２２の外寸法Ｌ_ｍｉが１４ｍｍのとき、第１のアンテナ部（ＧＰＳ用アンテナ部）１０−１では、Ｓパラメータが、約１．５７８ＧＨｚ〜約１．５９８ＧＨｚの周波数範囲で−１０ｄＢ以下となり、軸比（Axial Ratio）が、約１．５８６ＧＨｚ〜約１．５９１ＧＨｚの周波数範囲で約３ｄＢ以下となり、約１．５８８ＧＨｚの周波数で約１ｄＢのピークを持つことが分かる。内部導体部２２の外寸法Ｌ_ｍｉが１６ｍｍのとき、第１のアンテナ部（ＧＰＳ用アンテナ部）１０−１では、Ｓパラメータが、約１．５８６ＧＨｚ〜約１．６０７ＧＨｚの周波数範囲で−１０ｄＢ以下となり、軸比（Axial Ratio）が、約１．５９２ＧＨｚ〜約１．５９７ＧＨｚの周波数範囲で約３ｄＢ以下となり、約１．５９４ＧＨｚの周波数で約１ｄＢのピークを持つことが分かる。

また、図１５から、内部導体部２２の外寸法Ｌ_ｍｉが１２ｍｍのとき、第２のアンテナ部（ＳＤＡＲＳ用アンテナ部）１０−２では、Ｓパラメータが、約２．３３ＧＨｚ〜約２．３７ＧＨｚの周波数範囲で−１０ｄＢ以下となり、軸比（Axial Ratio）が、約２．３４１ＧＨｚ〜約２．３５ＧＨｚの周波数範囲で約３ｄＢ以下となり、約２．３４５ＧＨｚの周波数で約２ｄＢのピークを持つことが分かる。これに対して、内部導体部２２の外寸法Ｌ_ｍｉが１０ｍｍのとき、第２のアンテナ部（ＳＤＡＲＳ用アンテナ部）１０−２では、Ｓパラメータが、約２．３１５ＧＨｚ〜約２．３６ＧＨｚの周波数範囲で−１０ｄＢ以下となり、軸比（Axial Ratio）が、約２．３３ＧＨｚ〜約２．３４ＧＨｚの周波数範囲で約３ｄＢ以下となり、約２．３３８ＧＨｚの周波数で約１ｄＢのピークを持つことが分かる。内部導体部２２の外寸法Ｌ_ｍｉが１４ｍｍのとき、第２のアンテナ部（ＳＤＡＲＳ用アンテナ部）１０−２では、Ｓパラメータが、約２．３５４の周波数で−１０ｄＢ以下となり、軸比（Axial Ratio）が、約２．３５ＧＨｚの周波数で約７．５ｄＢのピークを持つことが分かる。内部導体部２２の外寸法Ｌ_ｍｉが１６ｍｍのとき、第２のアンテナ部（ＳＤＡＲＳ用アンテナ部）１０−２では、Ｓパラメータが、−１０ｄＢ以下となる周波数範囲はなく、軸比（Axial Ratio）が、約２．３０ＧＨｚの周波数で約１２ｄＢのピークを持つことが分かる。

したがって、内部導体部２２の外寸法Ｌ_ｍｉが１０ｍｍ〜１２ｍｍの範囲のとき、アンテナ特性が良好であることが分かる。

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、本発明に係る複合アンテナ素子は、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、互いに隣接した異なる第１および第２の電波を受信する複合アンテナ素子としても利用可能である。

１０ 関連する複合アンテナ素子
１０Ａ 複合アンテナ素子
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のアンテナパターン（放射素子）
１４−２ 第２のアンテナパターン（放射素子）
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 導体板
２２ 内部導体部
２４ 外部導体部
２６ 導体板スリット

Claims (7)

1. 互いに近接した第１および第２の周波数を持つ第１および第２の電波を受信する複合アンテナ素子であって、
   天面を持つ誘電体基板と、
   前記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のアンテナパターンと、
   前記第１のアンテナパターンで囲まれ、かつ、前記第１のアンテナパターンから離間して、前記誘電体基板の天面の中央部に形成された第２のアンテナパターンと、
   前記第１及び前記第２のアンテナパターンから所定高さ離間して上方に配置された導体板とを有し、
   前記導体板は、前記第２のアンテナパターンを実質的に覆う内部導体部と、該内部導体部から所定のスリット幅をもって離間して配置されたループ形状の外部導体部とからなる、複合アンテナ素子。
2. 前記内部導体部は、前記第２のアンテナパターンの外寸法より僅かに大きい外寸法を持ち、
   前記外部導体部は、前記第１のアンテナパターンの外寸法より僅かに小さい内寸法を持つ、
   請求項１に記載の複合アンテナ素子。
3. 前記誘電体基板の天面上に形成されて、電磁結合により前記第１のアンテナパターンへ給電を行う給電パターンと、
   前記第２のアンテナパターンに一端が接続され、前記誘電体基板を貫通して前記第２のアンテナパターンへ給電を行う給電ピンと、
   を更に有する、請求項１又は請求項２に記載の複合アンテナ素子。
4. 前記誘電体基板の底面に形成された接地パターンを更に有し、
   前記第１のアンテナパターンと前記接地パターン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のアンテナパターンと前記接地パターン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、
   請求項３に記載の複合アンテナ素子。
5. 前記誘電体基板はセラミックス材料から成る、請求項１乃至４のいずれか１つに記載の複合アンテナ素子。
6. 前記第１及び第２のアンテナパターンは銀パターン印刷によって形成されている、請求項１乃至５のいずれか１つに記載の複合アンテナ素子。
7. 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４に記載の複合アンテナ素子。

Images