JP2011160169A - 複合アンテナ装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明に係る複合アンテナ装置は、複数の無線周波数帯域の電波に対応する複合アンテナ装置であって、少なくとも1つの無線周波数帯域の電波であり直線偏波の電波に対応する第1アンテナと、前記少なくとも1つの無線周波数帯域と異なる無線周波数帯域の電波であり円偏波の電波に対応する第2アンテナとを1枚の導体板に具備し、前記第1アンテナはグランド部を有し、前記第2アンテナは前記グランド部の領域内に形成され、前記第1アンテナと前記第2アンテナのそれぞれが給電部を有していることを特徴とする。
【選択図】図3
Description
少なくとも1つの無線周波数帯域の電波であり直線偏波の電波に対応する第1アンテナと、前記少なくとも1つの無線周波数帯域と異なる無線周波数帯域の電波であり円偏波の電波に対応する第2アンテナとを1枚の導体板に具備し、前記第1アンテナはグランド部を有し、前記第2アンテナは前記グランド部の領域内に形成され、前記第1アンテナと前記第2アンテナのそれぞれが給電部を有していることを特徴とする複合アンテナ装置を提供する。なお、本発明において前記直線偏波とは、垂直偏波または水平偏波を意味するものとする。
(1)前記第2アンテナが形成される前記グランド部の領域は、前記第1アンテナが前記グランド部内に誘起する電流分布における電流密度の小さい領域である。
(2)前記第2アンテナは、矩形状導体領域の縦横それぞれを所定数以下に等分したセグメントに分割して、該セグメントの複数個を除去し残存したセグメントから成る二次元バーコード状の導体線路パターンと前記給電部とから構成される。なお、本発明において前記所定数とは、前記第2アンテナが形成される前記グランド部のスペースや前記第2アンテナに要求される精度・特性などによって適宜決定される数を意味するものとする。
(3)前記第2アンテナの前記導体線路パターンは、前記導体線路パターンと補対関係にある導体線路パターンを有する導体板を別途用意し前記補対関係にある導体線路パターンに給電がなされるアンテナ構造体を単独で形成した場合、前記アンテナ構造体が前記第2アンテナと同じ無線周波数帯域の電波に対応する円偏波アンテナとして機能する。
(4)前記アンテナ構造体は、前記補対した導体線路パターンに誘起される電流について互いに直交する二方向に対してそれぞれ複素ベクトルの射影の総和をとったとき、各総和の絶対値の比が0.7〜1.3となりかつ各総和の位相差が80〜100°となるように前記補対した導体線路パターンが決定されている。
(5)前記第1アンテナは、スロットアンテナである。
(6)前記第1アンテナは、一列に配置された2つの矩形状スロットを有し、前記2つの矩形状スロットそれぞれの開放端が相対方向に配置されている。
(7)前記第1アンテナは、前記2つの矩形状スロットの幅の中心線を対称軸とした線対称形状を有する。
図3は、本発明の第1の実施形態に係る複合アンテナ装置の一例を示した平面模式図である。図3に示したように、第1の実施形態に係る複合アンテナ装置10は、800 MHz帯と1900 MHz帯の2つの無線周波数帯域の電波に対応する第1アンテナとしてのセルラ用アンテナ20と、1575 MHz帯の無線周波数帯域の電波に対応する第2アンテナとしてのGPS用アンテナ30とを1枚の導体板に具備している。セルラ用アンテナ20は、矩形状スロット21とグランド部22とを有するスロットアンテナで構成され、直線偏波(垂直偏波または水平偏波)の電波に対応する。GPS用アンテナ30は、セルラ用アンテナ20のグランド部22の領域内に形成された円偏波アンテナである。なお、セルラ用アンテナ20およびGPS用アンテナ30の構造の詳細については後述する。また、導体板としては、良導電性の金属(例えば、銅やアルミニウム等)による平板や可撓性シートを用いることができる。それら平板や可撓性シートに誘電体基板や絶縁性フィルムが積層されていてもよい。
第1アンテナとしてのセルラ用アンテナ20の詳細について説明する。図3に示したように、セルラ用アンテナ20は、x方向長さaとy方向長さhの導体板に対して一列に配置された2つの矩形状スロット21が形成されている。2つの矩形状スロット21はそれぞれ開放端を有しており、それぞれの開放端はx方向長さcのスロット境界導体部23を境にして相対方向に配置されている。2つの矩形状スロット21それぞれの寸法は、x方向長さbおよびy方向長さjの矩形状スロットと、x方向長さdおよびy方向長さjの矩形状スロットである(a = b + c + d)。なお、スロット境界導体部23のx方向長さcは、2つの矩形状スロット21のx方向長さb,dよりも十分に小さく設定されていれば任意の値でよい。また、セルラ用アンテナ20は、2つの矩形状スロット21の幅(図3ではy方向)の中心線24を対称軸とした線対称形状を有している。
第2アンテナとしてのGPS用アンテナ30の詳細について説明する。図6は、図3における第2アンテナを拡大した平面模式図である。図3、図6に示したように、GPS用アンテナ30は、矩形状導体領域の縦横それぞれを所定数以下に等分したセグメントに分割して、該セグメントの複数個を除去し残存したセグメントから成る二次元バーコード状の導体線路パターンと前記給電部とから構成されている。言い換えると、二次元バーコード状の導体線路パターンは、除去されたセグメント領域31(白い部分)と残存したセグメント32(黒い部分)とで形成されている。なお、前述したように、等分する所定数には厳密な制限はなく、GPS用アンテナ30が形成されるグランド部22のスペースやGPS用アンテナ30に要求される精度・特性などによって適宜決定される数である。
本発明の第1の実施形態に係る複合アンテナ装置10の放射特性を測定・評価した。測定・評価した複合アンテナ装置10の寸法は、前述したように次のようである。a = 90 mm、b = 62 mm、c = 1 mm、d = 27 mm、e1 = 1 mm、e2 = 1 mm、e3 = 6 mm、f = 48 mm、g = 20 mm、h = 70 mm、i = 31 mm、j = 8 mm、k3 = 5 mm、k4 = 10 mm、l(エル)= 16 mm。導体板としては、厚さ0.03 mmの銅箔が表面に形成された誘電体基板を用いた。また、給電線としては、導体部と重なる部分以外にフェライトを取り付けた同軸ケーブル(直径1.1 mm)を用いた。なお、比較参照用として、上記と同じ寸法で独立した(複合していない)セルラ用アンテナおよびGPS用のアンテナ構造体35(GPS用アンテナ30を補対したもの)を別途用意した。
図11は、本発明の第2の実施形態に係る複合アンテナ装置の一例を示した平面模式図である。図11に示したように、第2の実施形態に係る複合アンテナ装置15は、第1の実施形態に係る複合アンテナ装置10のセルラ用アンテナ20に換えて、第1アンテナが1つの矩形状スロット26とグランド部27とを有するセルラ用アンテナ25で構成される点において異なっている。
前述の第1および第2の実施形態に加えて、垂直偏波または水平偏波の電波に対応する第1アンテナとして、放射素子とグランド部との組み合わせで構成されるモノポールアンテナや逆Fアンテナ等の既存のアンテナ構造を採用することができる。このときも、第1アンテナのグランド部における電流分布を確認し、電流分布の小さい領域(最大電流密度の1/40以下の領域)に円偏波の電波に対応する第2アンテナを埋め込むことで、第1および第2の実施形態と同様な放射特性が得られる。
21,26…矩形状スロット、22,27…グランド部、23…スロット境界導体部、
24…中心線、30…GPS用アンテナ、
31…除去されたセグメント領域、32…残存したセグメント、35…アンテナ構造体、
40,40’…同軸ケーブル、41,41’…内導体、42,42’…外導体、
50,50’…給電部、51…仮想給電点、61,62,63,64…電流分布、
100…アンテナ、101…LNA入力回路、102,103…トラップ回路、
210…GPS用アンテナ素子、220…ETC用アンテナ素子、
211,221…矩形の誘電体板、212,222…素子パターン、223…接地板。
Claims (8)
- 複数の無線周波数帯域の電波に対応する複合アンテナ装置であって、
少なくとも1つの無線周波数帯域の電波であり直線偏波の電波に対応する第1アンテナと、前記少なくとも1つの無線周波数帯域と異なる無線周波数帯域の電波であり円偏波の電波に対応する第2アンテナとを1枚の導体板に具備し、
前記第1アンテナはグランド部を有し、
前記第2アンテナは前記グランド部の領域内に形成され、
前記第1アンテナと前記第2アンテナのそれぞれが給電部を有していることを特徴とする複合アンテナ装置。 - 請求項1に記載の複合アンテナ装置において、
前記第2アンテナが形成される前記グランド部の領域は、前記第1アンテナが前記グランド部内に誘起する電流分布における電流密度の小さい領域であることを特徴とする複合アンテナ装置。 - 請求項1または請求項2に記載の複合アンテナ装置において、
前記第2アンテナは、矩形状導体領域の縦横それぞれを所定数以下に等分したセグメントに分割して、該セグメントの複数個を除去し残存したセグメントから成る二次元バーコード状の導体線路パターンと前記給電部とから構成されることを特徴とする複合アンテナ装置。 - 請求項3に記載の複合アンテナ装置において、
前記第2アンテナの前記導体線路パターンは、前記導体線路パターンと補対関係にある導体線路パターンを有する導体板を別途用意し前記補対関係にある導体線路パターンに給電がなされるアンテナ構造体を単独で形成した場合、前記アンテナ構造体が前記第2アンテナと同じ無線周波数帯域の電波に対応する円偏波アンテナとして機能することを特徴とする複合アンテナ装置。 - 請求項4に記載の複合アンテナ装置において、
前記アンテナ構造体は、前記補対した導体線路パターンに誘起される電流について互いに直交する二方向に対してそれぞれ複素ベクトルの射影の総和をとったとき、各総和の絶対値の比が0.7〜1.3となりかつ各総和の位相差が80〜100°となるように前記補対した導体線路パターンが決定されていることを特徴とする複合アンテナ装置。 - 請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の複合アンテナ装置において、
前記第1アンテナは、スロットアンテナであることを特徴とする複合アンテナ装置。 - 請求項6に記載の複合アンテナ装置において、
前記第1アンテナは、一列に配置された2つの矩形状スロットを有し、前記2つの矩形状スロットそれぞれの開放端が相対方向に配置されていることを特徴とする複合アンテナ装置。 - 請求項7に記載の複合アンテナ装置において、
前記第1アンテナは、前記2つの矩形状スロットの幅の中心線を対称軸とした線対称形状を有することを特徴とする複合アンテナ装置。
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