JP6207586B2 - 逆ｆ型アンテナ及び車載用複合アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、広域帯、簡単な構成且つ低コストである逆Ｆ型アンテナ及び逆Ｆ型アンテナを有する車載用複合アンテナ装置に関する。

コンパクトさ、製造の容易さ及び比較的低コストであるが故に、逆Ｆ型アンテナは、携帯電話等の移動体通信に広く用いられている。

また、近年では、携帯電話アンテナは多周波帯域を共用する機能が求められており、逆Ｆアンテナを基本的な構成とするアンテナが提案されている。例えば、特許文献１には、電気的に逆Ｆアンテナのグランド板等の接地部材に接続される金属部材と、金属部材と容量結合する程度の間隔を開けて形成されたスロットによって分離された付加的な金属部材とを備え、信号フィードラインが付加的な金属部材に供給される構造を有する逆Ｆ型アンテナが開示されている。

また、特許文献２には、基板表面又は内部にパターンとして形成されるパターンアンテナを使用して小型広帯域化されたパターンアンテナを提供することを目的として、給電ライン及び接地導体部を備える基板に設けられるパターンアンテナが開示されている。特許文献２に開示されたパターンアンテナは、基板の各表面に接地導体部を備え、基板の第１表面に設けられ、接地導体パターン及び給電導体パターンが形成される逆Ｆ形状の第１アンテナパターンと、基板の第２表面に設けられ、接地導体パターンが形成される接地導体パターンを有する逆Ｌ形状の第２アンテナパターンとを有し、導体パターンの少なくとも一つが台形状に形成されることを特徴としている。

また、特許文献３には、２周波以上の多周波に対応できる小型且つ安価な多周波アンテナを提供することを目的として、単周波用放射電極の電極端から折り返し状に第２の放射電極を延出させ、その電極端から該電極端とは逆方向に指向するように形成された構造の放射電極エレメントが開示されている。

特許第４１６９６９６号 特許第３６３０６２２号 特開２００４−１２８７４０号公報

しかし、特許文献１に記載されたような逆Ｆアンテナ、特許文献２に記載されたようなパターンアンテナ及び特許文献３に記載されたような放射電極エレメントを車載用のアンテナ装置として利用する場合、車内空間の大きさ、配置位置及び取り付け位置等の制約があり、所望の特性を得られないという問題があり、小型化には限界があった。

また、ＧＳＭ／Ｗ−ＣＤＭＡ対応モデルの場合、大きく分けて低周波帯（８１０〜９６０ＭＨｚ）及び高周波帯（１７１０ＭＨｚ〜２１７０ＭＨｚ）に対応させる必要があるが、従来構造のアンテナ装置では、全ての周波数帯で所望の特性を得ることができないという問題がある。

このような問題に鑑みて、本発明は、車内空間の大きさ、配置位置及び取り付け位置等の制約に対しても十分に対応可能であって、高バンド幅、簡単な構成且つ低コストである逆Ｆ型アンテナを提供することを目的とする。

本発明の実施の形態に係る逆Ｆ型アンテナは、アース部材と、アース部材と電気的に結合した状態で該アース部材から垂直に立ち上がる短絡部と、短絡部と電気的に結合した状態で短絡部の上端からアース部材に対して平行に延びる平板部と、平板部の同一水平面において該平板部の長手方向と直行する方向に延出する突出部とを有する第１アンテナ部材と、一方の縁端部に給電部を有し他方の縁端部に向けて幅広となると共に平板部と電気的に結合する導体パターンを含む第２アンテナ部材と、を備え、第２アンテナ部材は、アース部材と平板部との間に、突出部と反対側の縁端に対して所定の距離をおいて配置されることを特徴とする逆Ｆ型アンテナである。すなわち、導体パターンは、平板部或いは突出部で受信された信号が流れる程度に、平板部に直接結合若しくは容量結合しつつアース部材から電気的に絶縁されるように、上面視において平板部の領域内に配置されている。

また、本発明の実施の形態に係る逆Ｆ型アンテナは、アース部材、短絡部及び平板部が、１枚の導体板により構成されていても良い。

また、本発明の実施の形態に係る逆Ｆ型アンテナは、アース部材、短絡部及び平板部の少なくとも１つに、第２アンテナ部材を所定の位置に固定するための固定部が設けられていても良い。

また、本発明の実施の形態に係る逆Ｆ型アンテナは、第２アンテナ部材が矩形状の基板であり、固定部に固定されるように構成されていても良い。

また、本発明の実施の形態に係る車載用複合アンテナ装置は、前記のいずれかの構成を有する逆Ｆ型アンテナと、衛星からの電波を受信するアンテナユニットとを備え、アンテナユニットが、突出部及び平板部の外側において、突出部及び平板部のそれぞれの縁端の近傍に搭載されている。

本発明の実施の形態に係る逆Ｆ型アンテナは、嵩高を低くしながらも良好な特性を得ることができ、また、第２アンテナ部材の位置を移動させることによって、低周波帯の特性を維持しつつ高周波帯の特性を向上することができる。

また、本発明の実施の形態に係る車載用複合アンテナ装置は、携帯電話用アンテナとＧＰＳ用アンテナを一体化した場合であっても、携帯電話用アンテナによる信号の送受信が妨げられること無く、ＧＰＳ用アンテナを含まない場合と同じ効果を得ることができる。更には、第２アンテナ部材の位置により、所望の周波数に応じた微調整が可能である。

（ａ）は本発明の一実施形態に係る逆Ｆ型アンテナの側面図であり、（ｂ）は逆Ｆ型アンテナの上面図であり、（ｃ）は逆Ｆ型アンテナの正面図である。 図１に記載の本発明の一実施形態に係る逆Ｆ型アンテナの正面図である。 （ａ）は本発明の一実施形態に係る車載用複合アンテナ装置の低周波帯（８１０〜９６０ＭＨｚ）の特性を示すグラフであり、（ｂ）は高周波帯（１７１０〜２１７０ＭＨｚ）の特性を示すグラフである。 （ａ）は本発明の一実施形態に係る車載用複合アンテナ装置の正面側斜め上から見た組み立て斜視図であり、（ｂ）背面側斜め下から見た組み立て斜視図である。 本発明の一実施形態に係る車載用複合アンテナ装置の概略断面図である。 （ａ）は本発明の一実施形態に係る逆Ｆ型アンテナの低周波帯（８１０〜９６０ＭＨｚ）の特性を示すグラフであり、（ｂ）は高周波帯（１７１０〜２１７０ＭＨｚ）の特性を示すグラフである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

本発明のアンテナは、２つ又は３つの周波数帯で動作できるように設計されている。その１つの使用例としてバンドをカバーするための８９０〜９６０ＭＨｚ、１７１０〜１８８０ＭＨｚ、及び１９２０〜２１７５ＭＨｚのマルチバンド電話アンテナが挙げられる。

本発明のアンテナは、第二世代携帯電話（２Ｇ）規格であるＧＳＭ（Ｇｌｏｂａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）（登録商標）の無線アクセス方式だけでなく、第三世代携帯電話（３Ｇ） 規格であるＷ−ＣＤＭＡ（Ｗｉｄｅｂａｎｄ Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）、すなわち、第三世代携帯電話（３Ｇ）の無線アクセス方式にも対応可能である。

［マルチバンド・アンテナ］
図１（ａ）に示すように、第１の実施形態の逆Ｆ型アンテナ１００は、導電性のアース部材１、平板部２１及び短絡部３が一体的に構成された第１アンテナ部材２を有している。尚、本実施形態において、アース部材１、平板部２１及び短絡部３は単一の金属板から成形加工されて一体不可分に連続しているが、それぞれ別個の部品として形成され、金属導線等を用いて互いに導通性を有するように構成しても良い。或いは、アース部材１、平板部２１、短絡部３及び第２アンテナ部材と一体的に形成しても良い。

図１（ａ）に示すように、アース部材１及び平板部２１はいずれも板状に形成されており、平板部２１は、短絡部３の上端から、アース部材１に対して水平に延出しており、アース部材１との間に、後述する第２アンテナ部材４が設けられている。

平板部２１における短絡部３との接続部位と反対側の端部近傍には、平板部２１の長手方向と直交する方向に向けて延出させた突出部２２が設けられている。平板部２１及び突出部２２は、同一水平面にアース部材１とほぼ等間隔となるように設けられる。

突出部２２は、第１周波数の無線信号を送受信するアンテナの一部であって、平板部２１の一方の端部近傍から図１（ｂ）のような上面視においてパッチアンテナユニットＰを覆うことのない位置に、メアンダ状に折り返されて形成されている。図１（ａ）〜（ｃ）に示された点線の枠は、逆Ｆ型アンテナ１００と比較したときのパッチアンテナユニットＰの大きさ及び配置位置を模式的に示したものである。

また、第２アンテナ部材４を固定するために、平板部２１に基板固定部２３ａ及び２３ｂを形成しても良い。基板固定部２３ａ及び２３ｂは、第２アンテナ部材４を固定する箇所に、平板部２１の一部を折り曲げて規制片とすることによって形成することができる。また、平板部２１の一部を折り曲げる代わりに、第２アンテナ部材４を固定する箇所に、樹脂等で形成された凸状の規制片を設けることにより、基板固定部２３ａ及び２３ｂを構成することができる。或いは、第２アンテナ部材４を固定する箇所に塗布された接着剤によって基板固定部２３ａ及び２３ｂを形成しても良い。

第２アンテナ部材４は、短絡部３と同程度の高さを有しており、アース部材１及び平板部２１の間に、アース部材１、平板部２１及び短絡部３のいずれに対しても垂直になるように設けられている。第２アンテナ部材４は、ガラスエポキシ基板等の絶縁性基板４２とその表面に形成された導体パターン４１とを有する。

導体パターン４１は、平板部２１に対して略平行に近接する上側縁端部４１ａと、アース部材１に対して略平行に近接し且つ上側縁端部４１ａよりも短い給電部４１ｂとを有する。給電部４１ｂは同軸ケーブル４３の芯線４３ａに接続され、同軸ケーブル４３のアース４３ｂはアース部材１と接触している。図２に示すように、本実施形態において、導体パターン４１は、接続部２３において平板部２１に半田付けされているが、半田付けされる長さ或いは電気的に接触する長さは特に限定されず、平板部２１に電気的に結合していれば良い。従って、導電パターン４１と平板部２１と半田付けで接続する代わりに、第２アンテナ部材４を固定した際に、平板部２１と上側縁端部４１ａとが容量結合するように互いを近接させても良い。

導体パターン４１は、上側縁端部４１ａが平板部２１に電気的に結合していれば良く、上側縁端部４１ａの形状は特に限定されない。例えば、上側縁端部４１ａのいずれか１箇所のみが平板部２１に半田等で接続され、上側縁端部４１ａの他の箇所が平板部２１に接触しない形状であっても良い。

また、導体パターン４１は、アース部材１から電気的に絶縁される箇所に設けられ、図４（ａ）、（ｂ）に示されるように同軸ケーブル４３に接続される。

逆Ｆ型アンテナ１００のゲイン特性を向上するために、導体パターン４１は、上側縁端部４１ａの長さが給電部４１ｂよりも幅広くなるように形成されることが好ましい。そのため、本実施形態において導体パターン４１は略台形状に形成されているが、上側縁端部４１ａの長さが給電部４１ｂよりも長い限り、そのパターン形状は、略台形に限定されない。例えば、給電部４１ｂを同軸ケーブル４３と電気的に接続が確保できる程度の最小限の大きさにしても良い。

また、上側縁端部４１ａ及び給電部４１ｂの形成位置は、それぞれ、突出部２２を上面視した際の突出部２２の真下にあっても良く、或いは突出部２２を上面視した際に突出部２２の外側に形成されていても良い。但し、これらは、第２アンテナ部材４を上面視した際に、平板部２１の縁端に対して所定の距離をおいて配置される。また、給電部４１ｂの形成位置は、受信対象の周波数帯を考慮して決定される。

［車載用複合アンテナ装置］
逆Ｆ型アンテナ１００は、ＧＰＳ等の衛星からの電波を受信するアンテナユニットに近接して配置することができ、このように配置しても、逆Ｆ型アンテナ１００による信号の送受信が妨げられること無く、ＧＰＳ用アンテナを含まない場合と少なくとも同程度の効果を得ることができる。図４（ａ）、（ｂ）に、実施形態の逆Ｆ型アンテナ１００と、ＧＰＳ衛星からの電波を受信するパッチアンテナユニットＰとを有する車載用複合アンテナ装置の組み立て斜視図を示す。

本実施形態の車載用複合アンテナ装置は、図１（ａ）〜図１（ｃ）に示される位置に、ＧＰＳ等の衛星からの電波を受信するパッチアンテナユニットＰと、逆Ｆ型アンテナ１００が配置されるように、外枠体５１が形成されている。

本実施形態の車載用複合アンテナ装置は、図４（ａ）、（ｂ）に示すように組み立てることが可能である。まず、逆Ｆ型アンテナ１００をネジ６２等の固定具を用いてベース５２上に固定し、そしてパッチアンテナユニットＰを、接着性を有するクッション材６１を用いて、逆Ｆ型アンテナ１００に近接するようにベース５２上に固定する。

外枠体５１を用いて、逆Ｆ型アンテナ１００及びパッチアンテナユニットＰを覆い、外枠体５１の位置決めをした後、ネジ６２等の固定具を用いて、外枠体５１をベース５２上に固定する。

図３（ａ）は、図５に示される本実施形態の車載用複合アンテナ装置の低周波帯（８２０〜９６０ＭＨｚ）の特性を示すグラフであり、図３（ｂ）は高周波帯（１７１０〜２１７０ＭＨｚ）の特性を示すグラフである。尚、本実施形態の構造を有する逆Ｆ型アンテナは、図２に示されるように上側縁端部４１ａと平板部２１とをハンダ等で直接結合されている。

図３（ａ）及び（ｂ）の「内側」の曲線のグラフは、第２アンテナ部材４が平板部２１の真下スペースのうち、パッチアンテナユニットＰに最も近い位置に配置されている場合における、第２アンテナ部材４の特性を示すグラフである。また、図３（ａ）及び（ｂ）の「中央」の曲線のグラフは、第２アンテナ部材４が図５において実線で示される位置、すなわち、平板部２１の両縁端の略中央に配置されている場合における、第２アンテナ部材４の特性を示すグラフである。また、図３（ａ）及び（ｂ）の「外側」の曲線のグラフは、第２アンテナ部材４が平板部２１の真下スペースのうち、パッチアンテナユニットＰに最も遠い位置に配置されている場合における、第２アンテナ部材４の特性を示すグラフである。

図３（ａ）及び（ｂ）の「内側」及び「中央」の曲線のグラフは、いずれも、第２アンテナ部材４がアース部材１と平板部２１との間に、突出部２２と反対側の平板部２１の縁端（以下、「平板部２１の外側縁端」ともいう。）に対して所定の距離をおいて配置されている場合における、第２アンテナ部材４の特性を示すグラフである。

これに対して、図３（ａ）及び（ｂ）の「外側」の曲線のグラフは、第２アンテナ部材４がアース部材１と平板部２１との間に、平板部２１の外側縁端に配置されている場合における、第２アンテナ部材４の特性を示すグラフである。

まず、図３（ａ）のグラフによると、低周波帯（８２０〜９６０ＭＨｚ）において、「中央」のグラフの方が「内側」のグラフよりも周波数特性が高いが、約８９０ＭＨｚの周波数を境界にして周波数が大きくなるに従って、周波数特性が緩やかに漸近してゆくことが示されている。これに対して、「外側」の周波数特性のグラフは、約８９０ＭＨｚの周波数を境界にして、周波数が大きくなるに従って負の傾きが大きくなり、約９１０ＭＨｚの周波数近傍を境界にして周波数特性が他のグラフに対して相対的に低くなり、「内側」及び「中央」の周波数特性との差が大きくなって行くことがわかる。

また、図３（ｂ）のグラフによると、１７１０〜約１８６０ＭＨｚにおいて、「外側」のグラフの方が「中央」のグラフよりも周波数特性が高いが、「外側」の周波数特性のグラフは、約１８６０ＭＨｚの周波数近傍を境界にして周波数特性が他のグラフよりも相対的に低くなり、約１８９０ＭＨｚの周波数を境界にして、周波数が大きくなるに従って負の傾きが大きくなり、「内側」及び「中央」の周波数特性との差が徐々に大きくなって行くことがわかる。

図３（ａ）及び図３（ｂ）のグラフに示されるように、一部の周波数領域において、「外側」の周波数特性は、「中央」又は「内側」の周波数特性よりも高くなるが、所定の周波数を境にして悪化する傾向が強くなることがわかる。これに対して、第２アンテナ部材４がアース部材１と第１アンテナ部材２との間に、平板部２１の外側縁端から所定の距離をおいて配置されている場合、平板部２１の外側縁端に配置されている場合と比較して、周波数特性が低減される傾向を有しているので、性能が優れていることが分かる。

尚、図３（ａ）及び図３（ｂ）のグラフに示されるように、低周波帯（８１０〜９６０ＭＨｚ）において、「中央」のグラフの方が「内側」のグラフよりも周波数特性が高いのに対し、高周波帯（１７１０〜２１７０ＭＨｚ）において、「内側」のグラフの方が「中央」のグラフよりも周波数特性が高い。そこで、優先する周波数帯域に応じて、平板部２１の真下スペースのうち、平板部２１の外側縁端を除く箇所に、第２アンテナ部材４を適宜配置することによって、優先する周波数帯域以外の周波数帯域における特性を著しく損なうこと無く、優先する周波数帯域における特性を調整しても良い。

図６（ａ）、（ｂ）は、図５に示される本実施形態の車載用複合アンテナ装置からパッチアンテナユニットＰを外した以外、図５と同様の構造を有する電話単体アンテナ装置に関し、低周波帯（８１０〜９６０ＭＨｚ）及び高周波帯（１７１０〜２１７０ＭＨｚ）における周波数特性をそれぞれ測定した結果を示すものである。

図３（ｂ）及び図６（ｂ）を比較すると、１８００ＭＨｚ台で、「外側」のグラフの周波数特性が「中央」のグラフの周波数特性よりも悪化して、他の周波数特性のグラフよりも低くなるという点において、共通している。

図３（ａ）及び図６（ａ）を比較すると、約８３０ＭＨｚ〜約９３０ＭＨｚの周波数領域において、「中央」、「内側」及び「外側」のグラフの周波数特性はいずれも接近しており、ほぼ同等の周波数特性を有しているが、「外側」の周波数特性のグラフは、約８９０ＭＨｚの周波数を境界にして、周波数が大きくなるに従って負の傾きが大きくなり、約９００ＭＨｚの周波数を超えると周波数特性が他のグラフに比べて相対的に低くなり、「内側」及び「中央」の周波数特性との差が大きくなって行くことがわかる。

図３（ｂ）及び図６（ｂ）によれば、高周波帯（１７１０〜２１７０ＭＨｚ）において、「内側」のグラフの方が「中央」のグラフよりも周波数特性が高いが、いずれのグラフも、１８００ＭＨｚ台以降の周波数領域において、「外側」のグラフの周波数特性よりも良好な特性が得られているので、図３（ａ）及び（ｂ）、図６（ａ）及び（ｂ）の結果を総合的に検討すると、第２アンテナ部材４は、平板部２１の真下のスペースのうち、平板部２１の外側縁端以外の位置に配置されることによって、良好な性能を発揮することができる。

また、低周波帯（８１０〜９６０ＭＨｚ）において、第２アンテナ部材４がアース部材１と平板部２１との間に、平板部２１の外側縁端以外の位置に配置されている場合、第２アンテナ部材４の性能は大きく変化することは無い。そこで、優先する高周波側における周波数帯域に応じて、平板部２１の真下スペースのうち、パッチアンテナユニットＰに最も遠い平板部２１の縁端部分、すなわち、平板部２１の外側縁端を除く箇所に、第２アンテナ部材４を適宜配置することによって、優先する周波数帯域における特性を調整しても良い。

第２アンテナ部材４を平板部２１の外側縁端からどれだけ内側に移動させるかは、ターゲットとする周波数によって調整することができる。この場合、優先する周波数帯域以外の周波数帯域における特性を著しく損なうこと無く、優先する周波数帯域における特性を調整しても良い。

１・・・アース部材
２・・・第１アンテナ部材
３・・・短絡部
４・・・第２アンテナ部材
２１・・・平板部
２２・・・突出部
２３・・・接続部
４１・・・導体パターン
４１ａ・・・上側縁端部
４１ｂ・・・給電部
４２・・・絶縁性基板
４３・・・同軸ケーブル
４３ａ・・・芯線
４３ｂ・・・アース
５１・・・外枠体
５２・・・ベース
１００・・・逆Ｆ型アンテナ
Ｐ・・・パッチアンテナユニット

Claims (8)

1. アース部材と、
   前記アース部材に対して平行に延びる平板部と、上端が前記平板部と電気的に結合し及び下端が前記アース部材と電気的に結合すると共に該アース部材から垂直に立ち上がり、かつ、前記平板部の長手方向へ折り曲げられる短絡部と、前記平板部の同一水平面において前記短絡部と反対側の端部の側で該平板部の長手方向と直交する方向に延出する突出部とを有する第１アンテナ部材と、
   一方の縁端部に給電部を有し他方の縁端部に向けて幅広となると共に前記平板部と電気的に結合する導体パターンを含む第２アンテナ部材と、を備え、
   前記第２アンテナ部材は、前記アース部材と前記平板部との間に、前記突出部と反対側の縁端に対して所定の距離をおいて配置されることを特徴とする逆Ｆ型アンテナ。
2. 前記アース部材、前記短絡部及び前記平板部は、１枚の導体板により構成されていることを特徴とする請求項１に記載の逆Ｆ型アンテナ。
3. 前記アース部材、前記短絡部及び前記平板部の少なくとも１つに、前記第２アンテナ部材を所定の位置に固定するための固定部が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の逆Ｆ型アンテナ。
4. 第２アンテナ部材は矩形状の基板であり、前記固定部に固定されることを特徴とする請求項３に記載の逆Ｆ型アンテナ。
5. アース部材と、
   前記アース部材と電気的に結合した状態で該アース部材から垂直に立ち上がる短絡部と、前記短絡部と電気的に結合した状態で前記短絡部の上端から前記アース部材に対して平行に延びる平板部と、前記平板部の同一水平面において該平板部の長手方向と直交する方向に延出する突出部とを有する第１アンテナ部材と、
   一方の縁端部に給電部を有し他方の縁端部に向けて幅広となると共に前記平板部と電気的に結合する導体パターンを含む第２アンテナ部材と、を備え、
   前記第２アンテナ部材は、前記アース部材と前記平板部との間に、前記突出部と反対側の縁端に対して所定の距離をおいて配置される逆Ｆ型アンテナと、
   衛星からの電波を受信するアンテナユニットとを備える車載用複合アンテナ装置であって、
   前記アンテナユニットは、前記突出部及び前記平板部の外側において、前記突出部及び前記平板部のそれぞれの縁端の近傍に搭載されていることを特徴とする車載用複合アンテナ装置。
6. 前記アース部材、前記短絡部及び前記平板部は、１枚の導体板により構成されていることを特徴とする請求項５に記載の車載用複合アンテナ装置。
7. 前記アース部材、前記短絡部及び前記平板部の少なくとも１つに、前記第２アンテナ部材を所定の位置に固定するための固定部が設けられていることを特徴とする請求項５又は６に記載の車載用複合アンテナ装置。
8. 第２アンテナ部材は矩形状の基板であり、前記固定部に固定されることを特徴とする請求項７に記載の車載用複合アンテナ装置。
   
   

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