JP2022099596A - パッチアンテナ - Google Patents
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Abstract
【課題】低仰角の利得を向上できるパッチアンテナを提供する。【解決手段】パッチアンテナは、誘電体部材と、前記誘電体部材に設けられた放射素子と、前記誘電体部材及び前記放射素子の周囲に設けられ、接地される少なくとも一つの無給電素子と、を備える。さらに、放射素子の周囲には、複数の前記無給電素子が設けられ、複数の無給電素子の各々は、放射素子の外縁から所定距離離間した位置に設けられる。【選択図】図3
Description
本発明は、パッチアンテナに関する。
特許文献1には、地導体板、誘電体基板及び放射素子を含むパッチアンテナが開示されている。
ところで、パッチアンテナを収納するアンテナ装置を小型化すると、パッチアンテナが接地されるベースの面積が小さくなり、パッチアンテナの低仰角の利得が低下してしまうことがある。
本発明の目的の一例は、パッチアンテナの低仰角の利得を向上することである。本発明の他の目的は、本明細書の記載から明らかになるであろう。
本発明の一態様は、誘電体部材と、前記誘電体部材に設けられた放射素子と、前記誘電体部材及び前記放射素子の周囲に設けられ、接地される少なくとも一つの無給電素子と、を備える、パッチアンテナである。
本発明の一態様によれば、低仰角におけるパッチアンテナの利得が向上する。
本明細書及び添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。
<<<車両1における車載用アンテナ装置10の取り付け位置>>>
図1は、車載用アンテナ装置10が取り付けられた車両1の前部の側面図である。以下、車載用アンテナ装置10が取り付けられる車両の前後方向をX方向、X方向と垂直な左右方向をY方向、X方向とY方向に垂直な鉛直方向をZ方向とする。また、車両の運転席からフロント側(前側)を+X方向、右側を+Y方向とし、天頂方向(上方向)を+Z方向とする。以下、本実施形態では、車載用アンテナ装置10の前後、左右、及び上下のそれぞれの方向は、車両の前後、左右、及び上下の方向と同じであるとして説明する。
図1は、車載用アンテナ装置10が取り付けられた車両1の前部の側面図である。以下、車載用アンテナ装置10が取り付けられる車両の前後方向をX方向、X方向と垂直な左右方向をY方向、X方向とY方向に垂直な鉛直方向をZ方向とする。また、車両の運転席からフロント側(前側)を+X方向、右側を+Y方向とし、天頂方向(上方向)を+Z方向とする。以下、本実施形態では、車載用アンテナ装置10の前後、左右、及び上下のそれぞれの方向は、車両の前後、左右、及び上下の方向と同じであるとして説明する。
車載用アンテナ装置10は、車両1のルーフパネル2と、車室内の天井面のルーフライニング3との間の空洞4に収納されている。ここで、ルーフパネル2は、車載用アンテナ装置10が電磁波(以下、適宜「電波」と称する。)を受信できるよう、例えば、絶縁性の樹脂で構成されている。
空洞4に収納された車載用アンテナ装置10は、ビス等によって絶縁性の樹脂で構成されたルーフライニング3に固定されている。このように、車載用アンテナ装置10は、絶縁性のルーフパネル2及びルーフライニング3によって包囲されている。なお、本実施形態では、車載用アンテナ装置10は、ルーフライニング3に固定されたが、例えば、車両フレーム、または樹脂製のルーフパネル2に固定されても良い。
また、実際の空洞4のスペースは限られているため、車載用アンテナ装置10のグランドとして機能する地板の面積を大きくすることは難しい。このため、車載用アンテナ装置において、一般的なパッチアンテナを設けた場合、低仰角の利得が低下してしまうことがある。以下、本実施形態では、低仰角の利得を改善可能なパッチアンテナを含む車載用アンテナ装置10について説明する。
<<<車載用アンテナ装置10の概要>>>
図2は車載用アンテナ装置10の分解斜視図である。車載用アンテナ装置10は、動作する周波数帯が異なる複数のアンテナを含むアンテナ装置であり、ベース11、ケース12、アンテナ21~26、及びパッチアンテナ30を備える。
図2は車載用アンテナ装置10の分解斜視図である。車載用アンテナ装置10は、動作する周波数帯が異なる複数のアンテナを含むアンテナ装置であり、ベース11、ケース12、アンテナ21~26、及びパッチアンテナ30を備える。
ベース11は、アンテナ21~26、及びパッチアンテナ30に共通のグランドとして利用される四辺形の金属板であり、空洞4内においてルーフライニング3上に設置される。また、ベース11は、前後左右に広がった薄板である。
ケース12は、箱状の部材であり、六面のうち下側の面が開口している。また、ケース12は、絶縁性の樹脂で形成されているため、電波は、ケース12を通過し得る。そして、ケース12は、ケース12の開口が、ベース11によって閉塞されるよう、ベース11に取り付けられる。このため、ケース12の内側の空間には、アンテナ21~26及びパッチアンテナ30が収容される。
アンテナ21~26及びパッチアンテナ30は、ケース12内においてベース11上に搭載されている。パッチアンテナ30は、ベース11の中央付近に配置され、アンテナ21~26は、パッチアンテナ30の周囲に配置されている。具体的には、アンテナ21,22は、パッチアンテナ30の前側及び後ろ側にそれぞれ配置される。また、アンテナ23,24は、パッチアンテナ30の左側及び右側にそれぞれ配置される。さらに、アンテナ25は、アンテナ22の左側且つアンテナ23の後ろ側に配置され、アンテナ26は、アンテナ21の右側且つアンテナ24の前側に配置されている。
アンテナ21は、例えば、GNSS(Global Navigation Satellite System)に利用される平面アンテナであり、人工衛星からの1.5GHz帯の電波を受信する。
アンテナ22は、例えば、V2X(Vehicle-to-everything)のシステムに利用されるモノポールアンテナであり、5.8GHz帯又は5.9GHz帯の電波を送受信する。なお、アンテナ22は、V2X用のアンテナであることとしたが、例えば、Wi-FiやBluetooth用のアンテナであっても良い。
アンテナ23,24は、例えば、LTE(Long Term Evolution)及び第5世代移動通信システムに利用されるアンテナである。アンテナ23,24は、LTEの規格で定められた700MHz周波数帯から2.7GHz帯の電波を送受信する。さらに、アンテナ23,24は、第5世代移動通信システムの規格で定められたSub-6帯、つまり3.6GHz帯から6GHz未満の周数帯の電波も送受信する。
アンテナ25,26は、例えば、第5世代移動通信システムに利用されるアンテナである。アンテナ25,26は、第5世代移動通信システムの規格で定められたSub-6帯の電波を送受信する。
なお、アンテナ21~26の適用可能な通信規格及び周波数帯は上述のものに限定するものではなく、他の通信規格及び周波数帯域であってもよい。
パッチアンテナ30は、例えば、衛星デジタル音声ラジオサービス(SDARS:Satellite Digital Audio Radio Service)の方式に利用されるアンテナである。パッチアンテナ30は、2.3GHz帯の左旋円偏波を受信する。
<<<パッチアンテナ30の詳細>>>
以下、図3~図6を参照して、パッチアンテナ30について詳細に説明する。図3は、パッチアンテナ30の斜視図であり、図4は、図3のA-A線のパッチアンテナ30の断面図であり、図5及ぶ図6は、パッチアンテナ30の平面図である。
以下、図3~図6を参照して、パッチアンテナ30について詳細に説明する。図3は、パッチアンテナ30の斜視図であり、図4は、図3のA-A線のパッチアンテナ30の断面図であり、図5及ぶ図6は、パッチアンテナ30の平面図である。
パッチアンテナ30は、導電性のパターン31,33(後述)が形成された回路基板32、誘電体部材34、放射素子35、無給電素子36~39、及びシールドカバー40を備えて構成される。なお、以下、本実施形態では、Z軸正方向に順に積み重ねられた、回路基板32、誘電体部材34、及び放射素子35を、「パッチアンテナ30の本体部」と称する。また、パッチアンテナ30の本体部の周囲には、4つの無給電素子36~39が配置されている。
回路基板32は、うら面(Z軸負方向の面)と、おもて面(Z軸正方向の面)とのそれぞれに、導体のパターン31,33が形成された誘電体の板材であって、例えばガラスエポキシ樹脂からなる。そして、パターン31は、回路パターン31aと、グランドパターン31bとを含む。
回路パターン31aは、例えば、アンプ基板(不図示)からの同軸ケーブル45の信号線45aが接続される導電性のパターンである。また、同軸ケーブル45の編組45bは、はんだ(不図示)により、グランドパターン31bに電気的に接続されている。なお、回路パターン31aと、放射素子35とを接続する構成については後述する。
グランドパターン31bは、パッチアンテナ30の本体部を接地させるための導電パターンである。グランドパターン31bと、金属製のベース11に設けられた4つの台座部11aとは、電気的に接続される。ここで、4つの台座部11aの各々は、パッチアンテナ30の本体部を支持できるよう、ベース11の一部が曲げ加工によって形成されている。そして、グランドパターン31bと、台座部11aとが電気的に接続されることにより、グランドパターン31bは接地される。なお、回路基板32のうら面には、例えば、回路パターン31aを保護するための金属性のシールドカバー40が取り付けられている。
回路基板32のおもて面に形成されたパターン33は、パッチアンテナ30の地導体板(または、地導体膜)、及び回路(不図示)のグランドとして機能するグランドパターンである。パターン33は、スルーホールを介し、グランドパターン31bに電気的に接続されている。また、グランドパターン31bは、回路基板32を台座部11aに固定する固定用のビス及び台座部11aを介し、ベース11に電気的に接続される。したがって、パターン33は、ベース11に電気的に接続されることになる。
誘電体部材34は、X軸に平行な辺及びY軸に平行な辺を有する略四辺形の板状の部材である。誘電体部材34のおもて面及びうら面は、X軸及びY軸に対して平行であり、誘電体部材34のおもて面がZ軸正方向に向けられ、誘電体部材34のうら面は、Z軸負方向に向けられている。そして、誘電体部材34のうら面は、例えば両面テープによりパターン33に取り付けられている。なお、誘電体部材34は、セラミック等の誘電体材料で形成されている。
放射素子35は、誘電体部材34のおもて面の面積より小さい、略四辺形の導電性の素子であり、誘電体部材34のおもて面に形成されている。なお、本実施形態では、放射素子35の放射面の法線方向が、Z軸正方向となっている。また、放射素子35は、Y軸に平行な辺35a,35cと、X軸に平行な辺35b,35dを有している。
ここで、「略四辺形」とは、例えば、正方形や長方形を含む、4つの辺からなる形状をいい、例えば、少なくとも一部の角が辺に対して斜めに切り欠かれていても良い。また、「略四辺形」の形状では、辺の一部に切り込み(凹部)や出っ張り(凸部)が設けられていても良い。つまり、「略四辺形」には、放射素子35が、所望の周波数帯の電波を送受信できる形状であれば良い。
貫通孔41は、回路基板32、パターン33、及び誘電体部材34を貫通する。貫通孔41の内側には、回路パターン31aと、放射素子35とを接続する給電線42が設けられている。なお、給電線42は、接地されるパターン33とは電気的に絶縁された状態で、回路パターン31aと、放射素子35とを接続する。また、本実施形態では、給電線42が放射素子35に電気的に接続される点を給電点43aとする。
図5は、1給電方式の放射素子35の給電点43aの位置を示す図である。本実施形態では、図5の実線で示すように、給電点43aを、放射素子35の中心点35pからX軸正方向にずれた位置に設けている。ただし、給電点43aの位置はこれに限られず、例えば、図5の一点鎖線で示すように、給電点43aを、放射素子35の中心点35pからX軸正方向及びY軸負方向にずらした位置に設けてもよい。
なお、「放射素子35の中心点35p」とは、放射素子35の外縁形状における中心点、つまり幾何中心をいう。図5の1給電方式の放射素子35は、例えば、所望の円偏波を送受信できるよう、縦、横の長さが異なる略長方形状の形状を有する。なお、「略長方形」は、上述した「略四辺形」に含まれる形状である。このため、「放射素子35の中心点35p」は、放射素子35の対角線が交わる点となる。なお、「略長方形」は、上述した「略四辺形」に含まれる形状である。
なお、図3~5では、放射素子35に接続される給電線が、給電線42の1本のみの構成を説明したが、放射素子35に接続される給電線を追加し、2本設けても良い。なお、追加する給電線は、給電線42と同様に、誘電体部材34等を貫通する貫通孔(不図示)を介して設けることができるため、ここでは詳細な構成の説明は省略する。
図6は、2給電方式の放射素子35の給電点43aの位置を示す図である。なお、図6の2つの給電点43aの位置は一例であり、放射素子35が所望の円偏波を送受信できるよう、適した位置にあれば良い。また、図6の放射素子35は、例えば、所望の円偏波を送受信できるよう、縦、横の長さが等しい略正方形状の形状を有する。なお、「略正方形」は、上述した「略四辺形」に含まれる形状である。
<<<無給電素子の概要>>>
無給電素子36~39は、図3に示すようにL字状に屈曲した導電性の棒状部材である。無給電素子36~39の各々は、パッチアンテナ30の放射素子35の周囲において、ベース11に設けられている。ここで、無給電素子36~39と、ベースとは電気的に接続されているため、無給電素子36~39の各々は接地されることになる。
無給電素子36~39は、図3に示すようにL字状に屈曲した導電性の棒状部材である。無給電素子36~39の各々は、パッチアンテナ30の放射素子35の周囲において、ベース11に設けられている。ここで、無給電素子36~39と、ベースとは電気的に接続されているため、無給電素子36~39の各々は接地されることになる。
なお、詳細は後述するが、「放射素子35の周囲」とは、無給電素子36~39が設けられていない場合と比較して、パッチアンテナ30の低仰角におけるパッチアンテナ30の利得が高くなる程度に無給電素子36~39が放射素子35の外縁から離れた範囲をいう。本実施形態では、「放射素子35の周囲」とは、例えば、放射素子35の外縁から使用波長の4分の1だけ離れた場所までの範囲をいう。また、「使用波長」とは、パッチアンテナ30が用いられる所望の周波数帯の所望の周波数に対応する波長であり、具体的には、例えば所望周波数帯の中心周波数に対応する波長をいう。
無給電素子36~39の各々は、放射素子35の外縁から外側に離間して設けられており、無給電素子36~39の各々から放射素子35の外縁までの距離は互いに等しい。なお、ここで、放射素子35の外側とは、ベース11において、放射素子35の中心点35pから離れる方向である。また、詳細は後述するが、無給電素子36~39から放射素子35の外縁までの距離を変化させることにより、パッチアンテナ30の特性を調整できる。
無給電素子36は、支柱部36a及び延出部36bを有する。支柱部36aは、パッチアンテナ30の本体部の周囲において、ベース11に垂直に立てられた状態で設けられている。なお、支柱部36aは、ベース11に対してのみならず、放射素子35の放射面に対しても垂直である。従って、支柱部36aはZ軸方向に延びていることになる。
支柱部36aの基端(支柱部36aの一端)は、ベース11に電気的に接続されて、接地されている。延出部36bは、支柱部36aの頂部(支柱部36aの他端)から、支柱部36aの直交方向に延出している。そして、本実施形態では、無給電素子36の全長を、使用波長の4分の1以下、より好ましくは使用波長の4分の1よりも少し短くしている。なお、「無給電素子の全長」とは、例えば、支柱部36aの基端から、延出部36bの先端までの支柱部36a及び延出部36bに沿う長さである。また、支柱部36aの基端は、「接地された端部」に相当する。
このように、接地された無給電素子36の全長を、使用波長の略4分の1とすることで、無給電素子36は、導波器として機能することになる。なお、無給電素子36を接地せず、無給電素子36の全長を、使用波長の略2分の1することで導波器として用いることもできる。しかしながら、無給電素子36を接地しない場合、無給電素子36は鏡像効果の影響を受けないため、結果的に全長が長くなる。したがって、接地した無給電素子36を用いることで、パッチアンテナ30をより小さくすることができる。
無給電素子37~39の各々は、無給電素子36と同様の素子である。具体的には、無給電素子37は、支柱部37a及び延出部37bを有し、無給電素子38は、支柱部38a及び延出部38bを有する。さらに、無給電素子39は、支柱部39a及び延出部39bを有する。このため、無給電素子37~39の各々の詳細な説明については省略する。
<<<無給電素子の設置条件について>>>
ところで、無給電素子36~39は、導波器として動作し、放射素子35は、2.3GHz帯の左旋円偏波を受信する。したがって、無給電素子36~39の設置位置や方向を変化させることにより、放射素子35で受信する電波は影響を受ける。このため、まず、無給電素子36~39の設置条件について、図6を参照しつつ説明する。なお、図6には、放射素子35が受信する左旋円偏波の旋回の向きが、矢印Aによって示されている。
ところで、無給電素子36~39は、導波器として動作し、放射素子35は、2.3GHz帯の左旋円偏波を受信する。したがって、無給電素子36~39の設置位置や方向を変化させることにより、放射素子35で受信する電波は影響を受ける。このため、まず、無給電素子36~39の設置条件について、図6を参照しつつ説明する。なお、図6には、放射素子35が受信する左旋円偏波の旋回の向きが、矢印Aによって示されている。
==放射素子の外縁から支柱部及び延出部までの距離について==
図6に示すように、支柱部36a~39aは、それぞれ放射素子35の外縁から外側に離間しているとともに、放射素子35の法線、つまりZ軸に対して平行である。
図6に示すように、支柱部36a~39aは、それぞれ放射素子35の外縁から外側に離間しているとともに、放射素子35の法線、つまりZ軸に対して平行である。
また、支柱部36aの頂部から延出した延出部36bは、延出部36bに最も近い放射素子35の辺35aと平行になるよう、無給電素子36は取り付けられている。したがって、放射素子35のおもて面をZ軸正方向からみた平面視において、無給電素子36と、放射素子35との「距離D」は、延出部36b(または、支柱部36a)から、無給電素子36から最も近い放射素子35の辺35aまでの距離となる。なお、距離Dは、「所定距離」に相当する。
なお、無給電素子37~39は、無給電素子36と同様に設置されている。詳細は後述するが、無給電素子36~39の各々の距離Dが、使用波長の3分の16となるよう、無給電素子36~39は、ベース11に設けられている。本実施形態では、無給電素子37~39の各々の距離Dは、同じであることとしたが、これに限られない。例えば、無給電素子37~39の各々の距離Dは異なっていても良い。また、無給電素子37~39の各々の距離Dのうち、一部が同じであっても良い。
==延出部の延び出る向きについて==
図6に示すように、延出部36b~39bは、それぞれ支柱部36a~39aの頂部から左旋円偏波の旋回方向に沿うように、左旋円偏波の旋回の向きに延出する。つまり、Z軸負方向に見て、延出部36b~39bがそれぞれ支柱部36a~39aから反時計回りの向きに延出する。なお、詳細は後述するが、このような方向に無給電素子36~39を設置することにより、パッチアンテナ30の低仰角の利得を向上させることができる。
図6に示すように、延出部36b~39bは、それぞれ支柱部36a~39aの頂部から左旋円偏波の旋回方向に沿うように、左旋円偏波の旋回の向きに延出する。つまり、Z軸負方向に見て、延出部36b~39bがそれぞれ支柱部36a~39aから反時計回りの向きに延出する。なお、詳細は後述するが、このような方向に無給電素子36~39を設置することにより、パッチアンテナ30の低仰角の利得を向上させることができる。
また、パッチアンテナ30が右旋円偏波を受信するものであれば、Z軸負方向に見て、延出部36b~39bがそれぞれ支柱部36a~39aから時計回りの向きに延出するよう、無給電素子36~39を設置すれば良い。
==高さについて==
本実施形態で「高さ」とは、例えば、ベース11から、対象までの距離をいう。例えば、図4において、支柱部36a~39aの接地された基端、つまりベース11から、支柱部36a~39aの頂部までの距離を「高さH」とする。ここでは、ベース11から、Z軸方向に沿って支柱部36a~39aの頂部までの高さは、ベース11からZ軸方向に沿って放射素子35までの高さに等しくなるよう、支柱部36a~39aの高さHが調整されている。このため、ベース11からZ軸方向に沿って延出部36b~39bまでの高さも、ベース11からZ軸方向に沿って放射素子35までの高さに等しくなる。したがって、パッチアンテナ30において、Z軸方向における延出部36b~39bの位置は、Z軸方向における放射素子35の位置に揃っており、延出部36b~39b及び放射素子35は同一のXY平面上にある。
本実施形態で「高さ」とは、例えば、ベース11から、対象までの距離をいう。例えば、図4において、支柱部36a~39aの接地された基端、つまりベース11から、支柱部36a~39aの頂部までの距離を「高さH」とする。ここでは、ベース11から、Z軸方向に沿って支柱部36a~39aの頂部までの高さは、ベース11からZ軸方向に沿って放射素子35までの高さに等しくなるよう、支柱部36a~39aの高さHが調整されている。このため、ベース11からZ軸方向に沿って延出部36b~39bまでの高さも、ベース11からZ軸方向に沿って放射素子35までの高さに等しくなる。したがって、パッチアンテナ30において、Z軸方向における延出部36b~39bの位置は、Z軸方向における放射素子35の位置に揃っており、延出部36b~39b及び放射素子35は同一のXY平面上にある。
==延出部の位置及びオフセットについて==
また、図6に示すように、X軸方向における放射素子35の辺35b(または、辺35d)の中点の位置から、対象がX軸方向に沿ってずれた距離をX軸方向オフセット量とする。さらに、Y軸方向における放射素子35の辺35a(または、辺35c)の中点の位置から、対象がY軸方向に沿ってずれた距離をY軸方向オフセット量とする。
また、図6に示すように、X軸方向における放射素子35の辺35b(または、辺35d)の中点の位置から、対象がX軸方向に沿ってずれた距離をX軸方向オフセット量とする。さらに、Y軸方向における放射素子35の辺35a(または、辺35c)の中点の位置から、対象がY軸方向に沿ってずれた距離をY軸方向オフセット量とする。
図6の例では、X軸方向における延出部37b,39bの中点のX軸方向オフセット量は0mmである。つまり、X軸方向における延出部37b,39bの中点の位置が、X軸方向における放射素子35の辺35bの中点の位置に揃っている。
また、Y軸方向における延出部36b,38bの中点のY軸方向オフセット量は0mmである。つまり、Y軸方向における延出部36b,38bの中点の位置がY軸方向における放射素子35の辺35a,35cの中点の位置に揃っている。
==基準条件==
ここで、表1の条件(以下、「基準条件」と称する。)において、パッチアンテナ30、及び比較例のパッチアンテナ(以下、パッチアンテナXと称する。)の利得を計算した。なお、パッチアンテナX(不図示)とは、パッチアンテナ30において無給電素子36~39が設けられていないもの、つまり、パッチアンテナ30の本体部のみを用いたアンテナである。また、パッチアンテナ30及パッチアンテナXのシミュレーションにあたっては、便宜上、利得への影響の小さい回路パターン31a等を省略したモデルを用いている。
ここで、表1の条件(以下、「基準条件」と称する。)において、パッチアンテナ30、及び比較例のパッチアンテナ(以下、パッチアンテナXと称する。)の利得を計算した。なお、パッチアンテナX(不図示)とは、パッチアンテナ30において無給電素子36~39が設けられていないもの、つまり、パッチアンテナ30の本体部のみを用いたアンテナである。また、パッチアンテナ30及パッチアンテナXのシミュレーションにあたっては、便宜上、利得への影響の小さい回路パターン31a等を省略したモデルを用いている。
図7は、パッチアンテナXの計算結果であり、図8は、無給電素子36~39が設置されたパッチアンテナ30の計算結果である。図7及び図8は、仰角と平均利得との関係を表す図である。これらの図において、横軸は仰角を表し、縦軸は平均利得を表す。図7に示すように、パッチアンテナXでは、仰角20°,25°,30°における平均利得が-0.7dBic、0.5dBic、1.5dBicである。それに対して、図8に示すように、無給電素子36~39が設置されたパッチアンテナ30では、仰角20°,25°,30°における平均利得が0.3dBic、1.3dBic、1.2dBicである。したがって、無給電素子36~39が設置されたパッチアンテナ30はパッチアンテナXよりも20°~30°の低仰角における平均利得が高い。
このように、接地された無給電素子36~39が放射素子35の周囲に設けられることによって、低仰角におけるパッチアンテナ30の利得が向上する。この結果、パッチアンテナ30は、低仰角の到来電波を効率的に受信することができる。
<<<無給電素子の設置条件の変更について>>>
ここで、無給電素子の設置条件を変更した場合について説明する。なお、以下に説明する条件を2以上変更させ、を組み合わせて適用してもよい。
ここで、無給電素子の設置条件を変更した場合について説明する。なお、以下に説明する条件を2以上変更させ、を組み合わせて適用してもよい。
==距離Dを変更した場合==
まず、無給電素子36~39の設置条件のうち、距離Dを変化させた場合のパッチアンテナ30の特性について検証する。なお、距離D以外のパッチアンテナ30の各種条件(例えば、パッチアンテナ30の主要部の物理的なサイズ、給電方式)等は、上述した基準条件と同じである。
まず、無給電素子36~39の設置条件のうち、距離Dを変化させた場合のパッチアンテナ30の特性について検証する。なお、距離D以外のパッチアンテナ30の各種条件(例えば、パッチアンテナ30の主要部の物理的なサイズ、給電方式)等は、上述した基準条件と同じである。
ここでは、距離Dを12mm(0.093×使用波長)、32mm(1/4×使用波長)、48mm(3/8×使用波長)と変化させた結果を、図9~11に示す。図9~11は、仰角と平均利得との関係を表す図である。これらの図において、横軸は仰角を表し、縦軸は平均利得を表す。これらの結果と、距離Dを24mm(3/16×使用波長)に設定した場合の結果(図8)と、パッチアンテナXの結果(図7)を比較する。
距離Dが24mmに設定されたパッチアンテナ30と同様に、距離Dが12mm又は32mmに設定されたパッチアンテナ30は、パッチアンテナXよりも20°~30°の低仰角における平均利得が高い。しかしながら、距離Dを48mmに設定したパッチアンテナ30は、パッチアンテナXよりも、20°~30°の低仰角における平均利得が低い。したがって、延出部36b~39bが低仰角における利得の向上に寄与するためには、延出部36b~39bから放射素子35の外縁までの距離Dを、32mm(使用波長の4分の1)以下とすることが好ましい。
==給電方式の変更した場合==
つぎに、パッチアンテナ30の給電方式を、2給電方式から1給電方式に変更した場合について説明する。なお、ここでは、放射素子35のサイズ及び給電方式以外は、基準条件を採用し、1給電方式のパッチアンテナ30及びパッチアンテナXの利得を計算した。放射素子35の辺35a,35cの長さは、19.9mmに設定し、辺35b,35cの長さは、21.7mmに設定した。さらに、本実施形態では、図5の2点鎖線に示すように、放射素子35の中心点35pからX軸正方向及びY軸負方向にずらした位置に給電点41aを設定した。
つぎに、パッチアンテナ30の給電方式を、2給電方式から1給電方式に変更した場合について説明する。なお、ここでは、放射素子35のサイズ及び給電方式以外は、基準条件を採用し、1給電方式のパッチアンテナ30及びパッチアンテナXの利得を計算した。放射素子35の辺35a,35cの長さは、19.9mmに設定し、辺35b,35cの長さは、21.7mmに設定した。さらに、本実施形態では、図5の2点鎖線に示すように、放射素子35の中心点35pからX軸正方向及びY軸負方向にずらした位置に給電点41aを設定した。
図12は、1給電方式のパッチアンテナ30の計算結果を示す図であり、図13は、1給電方式のパッチアンテナXの計算結果を示す図である。図12及び図13は、仰角と平均利得との関係を表す図である。図7、図9、図12及び図13から明らかなように、1給電方式のパッチアンテナ30は、2給電方式のパッチアンテナ30と同様に、1給電方式及び2給電方式のパッチアンテナXよりも、20°~30°の低仰角の到来電波を効率的に受信できる。したがって、給電方式に関わらず、無給電素子36~39を有するパッチアンテナ30は、低仰角の利得を向上させることができる。
==高さHの変更==
図4に示すように、パッチアンテナ30では、延出部36b~39b及び放射素子35は同一のXY平面上にある。しかしながら、ベース11から延出部36b~39bまでの高さHを変更し、延出部36b~39bを、放射素子35の存するXY平面とは異なるXY平面上に設けてもよい。
図4に示すように、パッチアンテナ30では、延出部36b~39b及び放射素子35は同一のXY平面上にある。しかしながら、ベース11から延出部36b~39bまでの高さHを変更し、延出部36b~39bを、放射素子35の存するXY平面とは異なるXY平面上に設けてもよい。
例えば、図14に示すパッチアンテナ30Aでは、高さHを9mmとし、ベース11から放射素子35までの高さ(13mmm)よりも低くなるよう、支柱部36a~39aの高さを調整している。このため、Z軸方向における延出部36b~39bの位置が、Z軸方向における放射素子35の位置からZ軸負方向にずれている。
図15は、基準条件において高さHを9mmに変更したパッチアンテナ30Aの計算結果を示す図である。図7、図9及び図15を比較すると明らかなように、パッチアンテナ30Aは、パッチアンテナ30と同様に、パッチアンテナXよりも低仰角の到来電波を効率的に受信できる。
なお、ここでは、高さHを、ベース11から放射素子15の表面までの高さ(13mm)より低くしたが、高さHを、例えば15mmとし、放射素子15の表面までの高さより高くしても良い。便宜上、計算結果は省略するが、このような場合であっても、パッチアンテナXよりも低仰角の到来電波を効率的に受信できる。
ここで、延出部36b~39bが放射素子35よりも高い位置にあると、無給電素子36~39による低仰角の利得向上効果が高いものの、高仰角の利得が低下しやすい。一方、延出部36b~39bが放射素子35よりも低い位置にあると、無給電素子36~39による低仰角の利得向上効果が低いものの、高仰角の利得が低下しにくい。したがって、高さHを調整することにより、パッチアンテナ30の特性を調整することができる。
また、延出部36b~39bの位置を、放射素子35の放射面と同じ、または放射素子35の放射面低い位置とした場合、パッチアンテナ30の高さを低くすることができる。したがって、パッチアンテナ30を含む車載用アンテナ装置10の高さも低くすることが可能となる。
==オフセット量を変更した場合==
図5及び図6に示すように、パッチアンテナ30では、X軸方向オフセット量、及びY軸方向のオフセット量は、ともに0mmであるが、これらを変更しても良い。
図5及び図6に示すように、パッチアンテナ30では、X軸方向オフセット量、及びY軸方向のオフセット量は、ともに0mmであるが、これらを変更しても良い。
例えば、図16は、オフセット量を変更したパッチアンテナ30Bの一例の平面図である。ここで、X軸方向における延出部37b,39bの中点の位置は、X軸方向における放射素子35の辺35b,35dの中点の位置から、左旋円偏波の旋回の向きにずれている。また、Y軸方向における延出部36b,38bの中点の位置は、Y軸方向における放射素子35の辺35a,35cの中点の位置から、左旋円偏波の旋回の向きにずれている。図17は、X軸方向及びY軸方向オフセット量を14mmとした場合の仰角と平均利得との関係を表す図である。
図7,図9及び図17から明らかなように、パッチアンテナ30Bは、オフセットの無いパッチアンテナ30と同様に、パッチアンテナXよりも低仰角の利得を増加できる。
なお、X軸方向における延出部37b,39bの中点の位置が、X軸方向における放射素子35の辺35b,35dの中点の位置から、左旋円偏波の旋回の向きの逆向きにずれてもよい。また、Y軸方向における延出部36b,38bの中点の位置が、Y軸方向における放射素子35の辺35a,35cの中点の位置から、左旋円偏波の旋回の向きの逆向きにずれていても良い。ここでは、詳細な計算結果は省略するが、このような場合であっても、図17と同様に、低仰角の利得を向上させることができる。
ところで、例えば、パッチアンテナ30Bのように、オフセット量を設定して場合であっても低仰角の利得を向上させることができるが、放射素子35の辺35a~35dの各々の範囲の外側に、延出部36b~39dがでてしまう。このため、このような構成では、パッチアンテナ30Bのサイズが大きくなってしまう。したがって、延出部36b~39dの各々が、辺35a~35dの範囲内に収まるオフセット量を設定することが好ましい。そのようにオフセット量を設定することにより、パッチアンテナのスペースを小さくすることができる。
また、延出部36b~39dが、放射素子35の辺35a~35dの各々の範囲の外側にでた場合であっても、延出部36b~39dが、誘電体部材34のそれぞれの辺の範囲の内側に入っている場合、パッチアンテナのスペースを小さくすることができる。したがって、少なくとも、延出部36b~39dは、誘電体部材34のそれぞれの辺の範囲の内側に入っていれば良い。
==向きを変更した場合==
図3に示すように、上述のパッチアンテナ30では、延出部36b~39bがそれぞれ支柱部36a~39aから延出する向きは、受信する左旋円偏波の旋回の向きと同じであるがこれに限られない。なお、延出部36b~39bがそれぞれ支柱部36a~39aから延出する向きを、単に、延出部36b~39bの向きと称する。
図3に示すように、上述のパッチアンテナ30では、延出部36b~39bがそれぞれ支柱部36a~39aから延出する向きは、受信する左旋円偏波の旋回の向きと同じであるがこれに限られない。なお、延出部36b~39bがそれぞれ支柱部36a~39aから延出する向きを、単に、延出部36b~39bの向きと称する。
例えば図18に示すパッチアンテナ30Cでは、延出部36b~39bの向きは、受信する円偏波の旋回の向きの逆である。
図19に示すパッチアンテナ30Dでは、延出部37b,38bの向きは、受信する円偏波の旋回の向きと同じである。一方、延出部36b,39bの向きは、受信する円偏波の旋回の向きの逆である。
図20に示すパッチアンテナ30Eでは、延出部37b,39bの向きは、受信する円偏波の旋回の向きの逆である。一方、延出部36b,38bの向きは、受信する円偏波の旋回の向きと同じである。このため、パッチアンテナ30Eでは、延出部36bの先端と、延出部37bの先端とが向かい合い、延出部38bと、延出部39bの先端とが向かい合うことになる。
図21に示すパッチアンテナ30Fでは、延出部36b~39bのそれぞれは、延出部36b~39bに最も近い辺35a~35dの外側から、放射素子35の中心点35pに向かって延出している。つまり、延出部36b~39bは、放射素子35の外縁から中心点35pに向かって延出している。ただし、延出部36b~39bの先端は、放射素子35と重ならない位置にある。
なお、パッチアンテナ30Fでは、放射素子35の放射面の法線方向、つまりZ軸負方向に見て、延出部36b~39bの全体が放射素子35の外縁よりも外側に位置している。つまり、放射素子35の放射面に直交する方向(Z軸方向)から見た平面視において、無給電素子36~39は、無給電素子36~39(延出部36b~39b)が、放射素子35に重ならないよう、ベース11に設けられている。この結果、無給電素子36~39が、放射素子35からの電波に悪影響を与えることを防ぐことができる。
図22に示すパッチアンテナ30Gでは、延出部36b~39bのそれぞれは、延出部36b~39bに最も近い辺35a~35dの外側から放射素子35の中心点35pとは反対の方向に向かって延出している。
ここで、パッチアンテナ30C,30D,30E,30F,30Gの利得を計算した。なお、基本的には、延出部36b~39bの向き以外の条件は、表1の基準条件と同じである。ただし、図21,図22のパッチアンテナ30F,30Gでは、支柱部36a~39aから放射素子35の外縁までの距離Dを24mmに設定した。
図23は、図18のパッチアンテナ30Cの計算結果であり、図24は、図19のパッチアンテナ30Dの計算結果であり、図25は、図20のパッチアンテナ30Eの計算結果である。また、図26は、図21のパッチアンテナ30Fの計算結果であり、図27は、図22のパッチアンテナ30Gの計算結果である。
図7及び図9と、図23~図27とを比較すると明らかなように、図18~図22のパッチアンテナ30C,30D,30E、30F,30Gは、図3のパッチアンテナ30と同様に、パッチアンテナXよりも低仰角の利得を増加させることができる。
ここで、図3に示す、延出部36b~39bの向きが、左旋円偏波の旋回の向きのパッチアンテナ30と、図19に示す、延出部36b~39bの向きが、左旋円偏波の旋回の向きと逆のパッチアンテナ30Cと、を比較する。パッチアンテナ30の計算結果である図9と、パッチアンテナ30Cの計算結果である図23から明らかなように、パッチアンテナ30は、パッチアンテナ30Cよりも中仰角から高仰角の利得が高い。
したがって、無給電素子36~39の延出部36b~39bの延出の向きを、円偏波の旋回の向きと同じにすると、低仰角から高仰角にわたって全体的に到来電波を効率的に受信できる。
また、パッチアンテナ30Cの計算結果の図23と、パッチアンテナ30D,30Eの計算結果の図24,図25とを比較すると明らかなように、パッチアンテナ30D,30Eはパッチアンテナ30Eよりも中仰角から高仰角の到来電波を効率的に受信できる。したがって、延出部36b~39bのうち、少なくとも1つでも延出の向きが円偏波の旋回の向きと同じであると、中仰角から高仰角における利得を犠牲にせずに、低仰角における利得を向上させることができる。
また、パッチアンテナ30Fの計算結果の図21と、パッチアンテナ30Gの計算結果の図22とを比較すると明らかなように、パッチアンテナ30F,30Gの放射特性は殆ど同じである。したがって、延出部36b~39bが延び出る向きに関わらず、延出部36b~39bは、中仰角から高仰角の利得に影響を及ぼし、支柱部36a~39aは、低仰角の利得の向上に寄与すると考えられる。
==直線偏波を受信する場合==
パッチアンテナ30は、左旋円偏波を受信するものであるが、直線偏波を受信するものでもよい。このような場合、1給電方式が採用され、給電点41aが放射素子35の中心点からX軸正方向にずれることになる。そして、主偏波面は、放射素子35の中心点と、給電点とを結ぶ直線及び放射素子35の法線によって定義される平面である。このため、主偏波面は、XZ平面に対して平行である。また、副主偏波面は、主偏波面に対して直交するとともに放射素子35の中心点を通る平面である。このため、交差偏波面はYZ平面に対して平行である。
パッチアンテナ30は、左旋円偏波を受信するものであるが、直線偏波を受信するものでもよい。このような場合、1給電方式が採用され、給電点41aが放射素子35の中心点からX軸正方向にずれることになる。そして、主偏波面は、放射素子35の中心点と、給電点とを結ぶ直線及び放射素子35の法線によって定義される平面である。このため、主偏波面は、XZ平面に対して平行である。また、副主偏波面は、主偏波面に対して直交するとともに放射素子35の中心点を通る平面である。このため、交差偏波面はYZ平面に対して平行である。
図28は、直線偏波を受信するパッチアンテナ30Hの斜視図である。パッチアンテナ30Hは、図3に示すパッチアンテナ30から無給電素子37,39をなくし、2体の無給電素子36,38のみを設けたアンテナである。そして、無給電素子36,38は、放射素子35の給電点43aと、放射素子35の形状における中心点35Pとを結ぶ直線方向において、放射素子35を挟んで互いに対向する位置に設けられている。なお、無給電素子36,38と、放射素子35との距離Dは、24mm(3/16×使用波長)である。また、パッチアンテナ30Hが直線偏波を受信する場合、主偏波面はXZ平面であり、無給電素子36,38が主偏波面に交差する。
図29は、直線偏波を受信するパッチアンテナ30Iの斜視図である。図29に示すようなパッチアンテナ30Iは、図3に示すパッチアンテナ30から無給電素子36,38をなくし、2体の無給電素子37,38のみが設けられたものである。図29に示すようなパッチアンテナ30Hが直線偏波を受信する場合、無給電素子37,39が交差偏波面に交差する。
なお、パッチアンテナXは、無給電素子36~39がないことを除き、パッチアンテナ30H,30Iと同様である。ここでは、計算に当たっては、給電方式及び偏波以外の各種条件等は、表1の基準条件と同じである。
図30及び図31は、パッチアンテナXの計算結果であり、図32及び図33は、パッチアンテナ30Hの計算結果である。また、図34及び図35は、パッチアンテナ30Iの計算結果である。ここで、図30、図32及び図34は、直線偏波の主偏波面における遠距離実現利得を極座標系で示す放射パターンの図である。図30、図32及び図31において、Z軸正方向を0°とし、X軸正方向及びX軸負方向を90°とする。また、図31、図33及び図35は、直線偏波の交差偏波面における遠距離実現利得を極座標系で示す放射パターンの図である。
図30と、図32とを比較すると明らかなように、パッチアンテナ30Hにおける放射パターン、つまり曲線によって囲われた形状は、パッチアンテナXにおける放射パターンよりも、90°の方向に広くなっている。また、図31と、図33とを比較すると明らかなように、パッチアンテナ30Hにおける放射パターンは、パッチアンテナXにおける放射パターンよりも、90°の方向に狭くなっている。このことから、無給電素子36,38が設けられたパッチアンテナ30HはパッチアンテナXよりも、交差偏波面における低仰角の利得が低いものの、主偏波面における低仰角の利得が高い。
一方、図30及び図31と、図34及び図35とを比較すると明らかなように、パッチアンテナ30Iの放射特性は、パッチアンテナXの放射特性と殆ど同じである。従って、無給電素子37,39が設けられても、低仰角の利得の向上効果は認められない。
したがって、直線偏波の主偏波面における低仰角の利得の向上の為には、主偏波面に沿って放射素子35を挟んで互いに対向する位置に無給電素子36,38が配置されることが好ましい。
==無給電素子の数について==
パッチアンテナ30では、4体の無給電素子36~39がパッチアンテナ30の本体部の周囲に設けられているが、無給電素子の数はこれに限られない。例えば、パッチアンテナ30の放射素子35の各辺に、無給電素子が複数設けられていても良い。
パッチアンテナ30では、4体の無給電素子36~39がパッチアンテナ30の本体部の周囲に設けられているが、無給電素子の数はこれに限られない。例えば、パッチアンテナ30の放射素子35の各辺に、無給電素子が複数設けられていても良い。
==支柱部の傾斜について==
パッチアンテナ30では、支柱部36a~39aが放射素子35に対して垂直であるがこれに限られず、例えば、放射素子35の放射面に対して垂直な線、つまりZ軸に対して傾斜してもよい。
パッチアンテナ30では、支柱部36a~39aが放射素子35に対して垂直であるがこれに限られず、例えば、放射素子35の放射面に対して垂直な線、つまりZ軸に対して傾斜してもよい。
==延出部の傾斜について==
無給電素子36では、支柱部36aと延出部36bが支柱部36aから屈曲し、直角をなしているが、これに限られず、例えば、支柱部36aと延出部36bが鋭角又は鈍角をなしても良い。また、無給電素子36~39の各々は、棒状の導電性部材が湾曲して形成されても良い。このため、「屈曲」とは、曲がっていれば良い。
無給電素子36では、支柱部36aと延出部36bが支柱部36aから屈曲し、直角をなしているが、これに限られず、例えば、支柱部36aと延出部36bが鋭角又は鈍角をなしても良い。また、無給電素子36~39の各々は、棒状の導電性部材が湾曲して形成されても良い。このため、「屈曲」とは、曲がっていれば良い。
==放射素子の形状について==
パッチアンテナ30では、放射素子35が「略四辺形」であるが、これに限られず、例えば、円形、楕円形、略四辺形以外の多角形であっても良い。そして、放射素子35が、例えば円形である場合、延出部36b~39bは、放射素子35の外縁に沿って弧状の形状を有していても良い。このような放射素子や無給電素子を用いるであっても、低仰角の利得を改善することができる。
パッチアンテナ30では、放射素子35が「略四辺形」であるが、これに限られず、例えば、円形、楕円形、略四辺形以外の多角形であっても良い。そして、放射素子35が、例えば円形である場合、延出部36b~39bは、放射素子35の外縁に沿って弧状の形状を有していても良い。このような放射素子や無給電素子を用いるであっても、低仰角の利得を改善することができる。
==旋回方向に沿う延出部の数==
上述したパッチアンテナ30は、4つの延出部が円偏波の旋回方向に沿って延出され、パッチアンテナ30Dは、2つの延出部が円偏波の旋回方向に沿って延出されているが、これに限られない。
上述したパッチアンテナ30は、4つの延出部が円偏波の旋回方向に沿って延出され、パッチアンテナ30Dは、2つの延出部が円偏波の旋回方向に沿って延出されているが、これに限られない。
図36は、円偏波の旋回方向に沿う延出部が1つのパッチアンテナ30Jを示す図である。パッチアンテナ30Jでは、延出部36bは、旋回方向に沿っている(旋回方向に沿って延出されている)が、延出部37b~39bは、旋回方向とは逆向きに延出されている。
図37は、円偏波の旋回方向に沿う延出部が3つのパッチアンテナ30Kを示す図である。パッチアンテナ30Kでは、延出部36b,37b,39bは、旋回方向に沿っている(旋回方向に沿って延出されている)が、延出部38bは、旋回方向とは逆向きに延出されている。円偏波の旋回方向に沿う延出部の数を変化させることにより、パッチアンテナの特性を調整することができる。
==板状の無給電素子について==
パッチアンテナ30では、無給電素子36~39が屈曲した棒体であるが、例えば、無給電素子36~39として、4つの別々の板状の金属部材を屈曲して設置しても良い。また、例えば、図38に示すパッチアンテナ30Lのように、放射素子35の周囲を囲むよう、接地された枠状の無給電素子100を、使用周波数の4分の1以内の範囲に設置しても良い。このような、枠状の無給電素子100を、放射素子35の周囲に設けることにより、パッチアンテナ30Lの低仰角の利得を向上することができる。
パッチアンテナ30では、無給電素子36~39が屈曲した棒体であるが、例えば、無給電素子36~39として、4つの別々の板状の金属部材を屈曲して設置しても良い。また、例えば、図38に示すパッチアンテナ30Lのように、放射素子35の周囲を囲むよう、接地された枠状の無給電素子100を、使用周波数の4分の1以内の範囲に設置しても良い。このような、枠状の無給電素子100を、放射素子35の周囲に設けることにより、パッチアンテナ30Lの低仰角の利得を向上することができる。
本実施形態のパッチアンテナ30は、車載用アンテナ装置10に設けられることとしたがこれに限られない。例えば、パッチアンテナ30は、一般的なシャークフィンアンテナの筐体の中に設けられても良い。また、パッチアンテナ30は、インストルメントパネルに装着されるアンテナ装置内に設けられても良い。このような場合、パッチアンテナ30は、ベース11に相当する金属プレート等に直接設けられていても良い。
<<<<まとめ>>>>
以上、本実施形態のパッチアンテナ30について説明した。例えば、パッチアンテナ30,30Lでは、無給電素子36~39,100が放射素子35の周囲、つまり放射素子35の外縁の外側に設けられている。このため、このようなパッチアンテナ30,30Lを用いることによりは、低仰角における利得を向上させることができる。また、このような構成とすることにより、グランドの面積が小さい場合であっても、低仰角における利得を向上することができ、かつ、アンテナ装置及びパッチアンテナの小型化を妨げることがない。
以上、本実施形態のパッチアンテナ30について説明した。例えば、パッチアンテナ30,30Lでは、無給電素子36~39,100が放射素子35の周囲、つまり放射素子35の外縁の外側に設けられている。このため、このようなパッチアンテナ30,30Lを用いることによりは、低仰角における利得を向上させることができる。また、このような構成とすることにより、グランドの面積が小さい場合であっても、低仰角における利得を向上することができ、かつ、アンテナ装置及びパッチアンテナの小型化を妨げることがない。
また、パッチアンテナ30Lのように、枠状の無給電素子100を設けても良いが、パッチアンテナ30では、複数の無給電素子36~39が放射素子35の外縁から外側に距離D離間した位置に設けられている。このように、複数の無給電素子36~39を設けることにより、低仰角における利得を向上させることができる。
また、パッチアンテナ30において、無給電素子36~39の距離Dは、使用波長(所望周波数帯の波長)の4分の1以下である。このような位置に無給電素子36~39を設けることによって、確実に低仰角の利得を向上させることができる。
また、本実施形態の無給電素子36の全長は、使用周波数(所望周波数帯の波長)の4分の1以下である。接地された無給電素子36の全長を、このような長さとすることで、無給電素子36は、導波器として動作する。したがって、パッチアンテナ30では、低仰角の利得を向上させることができる。
また、パッチアンテナ30は、円偏波のみならず、直線偏波を受信した場合であっても低仰角の利得を向上させることができる。例えば、パッチアンテナ30Hは、放射素子35の主偏波面に沿うとともに、放射素子35を挟んで互いに対向する位置に無給電素子36,38が配置されている。このような位置に無給電素子36,38を配置することにより、低仰角の利得を向上させることができる。
また、上述のように、パッチアンテナ30は、放射素子35が円偏波を受信する場合でも、低仰角の利得を向上させることができる。
また、無給電素子36では、支柱部36aの頂部から、支柱部36aに対して延出部36bが屈曲して延出している。したがって、無給電素子36の全長を所望の長さとしつつ、高さが高くなりすぎることを防ぐことができる。したがって、このような無給電素子36を用いることにより、パッチアンテナ30を小型化できる。
また、例えば、パッチアンテナ30では、延出部36b~39bが、円偏波の旋回方向に沿うように延出されているため、低仰角から高仰角にわたって全体的に利得を向上させることができる。
また、放射素子35は、「略四辺形」であり、例えば、延出部36bは、放射素子35の最も近い辺に平行に設けられている。なお、「平行」とは、略平行を含み、無給電素子36の効果が得られるよう、無給電素子36は、放射素子35に対して設置されていれば良い。
また、ベース11から無給電素子36の高さH(距離)は、ベース11から放射素子35までの高さ(距離)と略同じか、それより低い(短い)。したがって、無給電素子36を用いたパッチアンテナ30を小型化することができる。
また、パッチアンテナ30では、無給電素子36等は、放射素子35の放射面をZ軸方向からみた平面視において、放射素子35に重ならないよう配置されている。したがって、放射素子35の電波が悪影響を受けることを防ぐことができる。
上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。また、本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更や改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれるのはいうまでもない。
1 車両
2 ルーフパネル
3 ルーフライニング
4 空洞
10 車載用アンテナ装置
11 ベース
11a 台座部
12 ケース
21~26 アンテナ
30,30A~30L パッチアンテナ
31,33 パターン
31a 回路パターン
31b グランドパターン
32 回路基板
34 誘電体部材
35 放射素子
35a~35d 辺
35p 中心点
36~39,100 無給電素子
36a~39a 支柱部
36b~39b 延出部
41 貫通孔
42 給電線
43a 給電点
45 同軸ケーブル
45a 信号線
45b 編組
2 ルーフパネル
3 ルーフライニング
4 空洞
10 車載用アンテナ装置
11 ベース
11a 台座部
12 ケース
21~26 アンテナ
30,30A~30L パッチアンテナ
31,33 パターン
31a 回路パターン
31b グランドパターン
32 回路基板
34 誘電体部材
35 放射素子
35a~35d 辺
35p 中心点
36~39,100 無給電素子
36a~39a 支柱部
36b~39b 延出部
41 貫通孔
42 給電線
43a 給電点
45 同軸ケーブル
45a 信号線
45b 編組
Claims (11)
- 誘電体部材と、
前記誘電体部材に設けられた放射素子と、
前記誘電体部材及び前記放射素子の周囲に設けられ、接地される少なくとも一つの無給電素子と、
を備えるパッチアンテナ。 - 前記放射素子の周囲には、複数の前記無給電素子が設けられ、
前記複数の前記無給電素子の各々は、前記放射素子の外縁から所定距離離間した位置に設けられる、
請求項1に記載のパッチアンテナ。 - 前記所定距離は、所望の周波数帯の波長の4分の1以下である、
請求項2に記載のパッチアンテナ。 - 前記無給電素子は、接地された端部から先端までの長さが所望の周波数帯の波長の4分の1以下の屈曲した導体である、
請求項2または3に記載のパッチアンテナ。 - 前記放射素子は、直線偏波の電磁波を受信する素子であり、
前記複数の前記無給電素子の各々は、前記放射素子の給電点と前記放射素子の形状における中心点とを結ぶ直線方向において、前記放射素子を挟んで互いに対向する位置に設けられる、
請求項2~4の何れか一項に記載のパッチアンテナ。 - 前記放射素子は、円偏波の電磁波を受信する素子である、
請求項1~4の何れか一項に記載のパッチアンテナ。 - ベースをさらに備え、
前記無給電素子は、
前記ベースに設けられる支柱部と、
前記支柱部の頂部から、前記支柱部に対して屈曲して延出する延出部と、
を有する
請求項1~6の何れか一項に記載のパッチアンテナ。 - ベースをさらに備え、
前記無給電素子は、
前記ベースに設けられる支柱部と、
前記支柱部の頂部から、前記支柱部に対して屈曲して延出する延出部と、
を有し
前記延出部は、前記支柱部の頂部から円偏波の旋回方向に沿うように延出される、
請求項6に記載のパッチアンテナ。 - 前記放射素子は、略四辺形の形状であり、
前記延出部は、前記放射素子の辺と平行に設けられている、
請求項7又は請求項8に記載のパッチアンテナ。 - 前記支柱部の接地された端部から頂部までの距離は、前記ベースから前記放射素子の位置までの距離と略同じ又はより短い、
請求項7~9の何れか一項に記載のパッチアンテナ。 - 前記無給電素子は、前記放射素子の放射面に直交する方向から見た平面視において、前記放射素子に重ならないよう配置される、
請求項2~10の何れか一項に記載のパッチアンテナ。
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