JP5006259B2 - Compound antenna - Google Patents
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Description
本発明は、指向性の異なる2以上のアンテナを備えた車載用の複合アンテナに関するものである。 The present invention relates to a vehicle-mounted composite antenna including two or more antennas having different directivities.
従来より、車載用アンテナとして、GPS用アンテナが車室内のインストゥルメンタル・パネル(以下ではインパネという)等に設置されて用いられている。一方で、近年は車室内での無線通信に対するニーズも高まっており、例えば運転中の移動電話の使用に無線のハンズフリー機器を用いるといったニーズがある。また、パーソナルコンピュータ(以下、パソコンという)や各種モバイル機器等を用いて車室内で無線データ通信を行うニーズも高まっている。これらの無線通信には、例えばブルートゥース方式が用いられ、ブルートゥース対応の車内無線通信用アンテナを車室内に設置して利用される。 Conventionally, as a vehicle-mounted antenna, a GPS antenna is used by being installed on an instrument panel (hereinafter referred to as an instrument panel) in a vehicle interior. On the other hand, in recent years, the need for wireless communication in the passenger compartment has also increased. For example, there is a need to use a wireless hands-free device for using a mobile phone while driving. There is also a growing need for wireless data communication in a vehicle interior using a personal computer (hereinafter referred to as a personal computer) or various mobile devices. For example, a Bluetooth system is used for such wireless communication, and an in-vehicle wireless communication antenna corresponding to Bluetooth is installed in the vehicle interior.
アンテナの設置スペースや車室内の景観等の観点から、複数の車載用アンテナを一体化した複合アンテナの開発が進められている(例えば特許文献1)。車内無線通信用アンテナについても、GPS用アンテナと統合して複合アンテナに組み込むようにする強いニーズがある。 Development of a composite antenna in which a plurality of in-vehicle antennas are integrated has been promoted from the viewpoint of antenna installation space, scenery in a vehicle interior, and the like (for example, Patent Document 1). There is also a strong need for in-vehicle wireless communication antennas to be integrated with GPS antennas and incorporated into composite antennas.
車内無線通信用アンテナでは、車室内のほぼ全体にわたって高い利得が得られるのが望ましく、特に水平方向に広角度の指向性を有するアンテナ特性が好適である。そのため、車内無線通信用アンテナとして、水平方向に指向性が広いモノポールアンテナや逆Fアンテナ等が用いられる。これに対し、GPS用アンテナは天頂方向の指向性が必要であり、円偏波のアンテナ素子と地板とを組み合わせて用いられる。
GPS用アンテナと車内無線通信用アンテナとを組み合わせて設置スペースをできるだけ小さくするためには、GPS用アンテナの地板の上に車内無線通信用アンテナを配置する必要がある。しかしながら、このように車内無線通信用アンテナを地板の上に配置すると、水平方向に広角度の指向性が要求される車内無線通信用アンテナが地板の影響を強く受けて指向性が損なわれてしまうといった問題がある。 In order to reduce the installation space as much as possible by combining the GPS antenna and the in-vehicle wireless communication antenna, it is necessary to dispose the in-vehicle wireless communication antenna on the ground plane of the GPS antenna. However, if the in-vehicle wireless communication antenna is arranged on the ground plane in this way, the in-vehicle wireless communication antenna that requires a wide angle directivity in the horizontal direction is strongly affected by the ground plane and the directivity is impaired. There is a problem.
そこで、本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、一方のアンテナの地板が他方のアンテナの指向性に与える影響を低減して一体化した複合アンテナを提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problem, and an object thereof is to provide an integrated composite antenna by reducing the influence of the ground plane of one antenna on the directivity of the other antenna. .
本発明の複合アンテナの第1の態様は、第1の指向性を有する円偏波用の第1のアンテナと、前記第1の指向性とは異なる第2の指向性を有する直線偏波用の第2のアンテナと、が同一基板上に配置され、前記基板が地板上の所定の位置に配置され、中心が前記地板の中心に略一致する位置に地板用導体を切除した地板穴が設けられ、前記第1のアンテナが前記地板の略中心に配置され、前記第2のアンテナが前記地板穴の上部に配置され、前記第1のアンテナの波長をλ 1 とし、前記第2のアンテナの波長をλ 2 とするとき、前記第2のアンテナの波長λ 2 は前記第1のアンテナの波長λ 1 より短く、前記地板穴は(λ 2 /5) 2 以上(λ 1 /5) 2 以下の大きさの面積を有することを特徴とする。 The first aspect of the composite antenna of the present invention includes a first antenna for circular polarization having a first directivity and a linear polarization having a second directivity different from the first directivity. a second antenna, but is disposed on the same substrate, the substrate is in place on the base plate, the center of the base plate holes were excised ground plane conductor to substantially match the position provided in the center of the base plate The first antenna is disposed substantially at the center of the ground plane, the second antenna is disposed at an upper portion of the ground plane hole, the wavelength of the first antenna is λ 1, and the second antenna when the wavelength is lambda 2, the wavelength lambda 2 of the second antenna is shorter than the wavelength lambda 1 of the first antenna, said base plate holes (lambda 2/5) 2 or (lambda 1/5) 2 or less It has the area of the magnitude | size of this.
本発明の複合アンテナの他の態様は、前記第1のアンテナは、GPS用アンテナであることを特徴とする。 Another aspect of the composite antenna of the present invention is characterized in that the first antenna is a GPS antenna.
本発明の複合アンテナの他の態様は、前記第2のアンテナは、ブルートゥース通信用アンテナであることを特徴とする。 Another aspect of the composite antenna of the present invention is characterized in that the second antenna is a Bluetooth communication antenna.
本発明によれば、一方のアンテナの地板に部分的に切除された地板穴を設けることで、他方のアンテナの指向性への影響を低減して一体化した複合アンテナを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an integrated composite antenna by reducing the influence on the directivity of the other antenna by providing the ground plane hole partially cut out on the ground plane of one antenna.
本発明の好ましい実施の形態における複合アンテナについて、図面を参照して詳細に説明する。なお、同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。本発明の複合アンテナは、一方のアンテナの地板が、地板を要しない他方のアンテナの指向性に与える影響を低減することで、それぞれの指向性を維持して一体化可能な複合アンテナであり、主に車載用アンテナとして用いられるものである。 A composite antenna according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, about each structural part which has the same function, the same code | symbol is attached | subjected and shown for simplification of illustration and description. The composite antenna of the present invention is a composite antenna that can be integrated while maintaining the directivity of each antenna by reducing the influence of the ground plane of one antenna on the directivity of the other antenna that does not require a ground plane. It is mainly used as a vehicle-mounted antenna.
本発明の実施の形態に係る複合アンテナを図1、2に示す。図1は、本実施形態に係る複合アンテナ100の斜視図を示しており、図2は、複合アンテナ100の平面図を示している。複合アンテナ100は、地板110を必要とする円偏波の第1のアンテナ120と、地板を用いない直線偏波の第2のアンテナ130とを備える構造としている。
A composite antenna according to an embodiment of the present invention is shown in FIGS. FIG. 1 shows a perspective view of a
以下では、説明簡略化のために、複合アンテナ100の構造を図1に示す座標系(X軸、Y軸、Z軸)を用いて説明する。ここでは、一実施例として複合アンテナ100が車載用アンテナであるとし、X軸方向を車両の前後方向とし、Y軸を車幅方向、Z軸を車高方向としている。
In the following, for simplicity of explanation, the structure of the
車載用のアンテナでは、円偏波のGPS用アンテナが用いられており、これを第1のアンテナ120とすることができる。GPS用アンテナは、中心周波数1.575GHz帯の電波を利用しており、天頂方向に高い指向性を持たせている。GPS用アンテナに天頂方向に高い指向性を持たせるためには、地板110を略水平に設置し、その略中心にGPS用アンテナを配置するのがよい。
As a vehicle-mounted antenna, a circularly polarized GPS antenna is used, which can be used as the
また、直線偏波の第2のアンテナ130の一例として、たとえば車内無線通信用アンテナが用いられる。車内無線通信用アンテナでは、たとえば中心周波数2.45GHz帯の電波を利用したブルートゥース方式による通信が利用可能である。車内無線通信に用いるブルートゥース用アンテナは、車室内全体への指向性を有しているのが望ましく、水平方向に広角度の指向性を有しているのが好適である。以下では、一実施例として、円偏波の第1のアンテナ120をGPS用アンテナとし、直線偏波の第2のアンテナ130をブルートゥース用アンテナとして説明する。
In addition, as an example of the linearly polarized
本実施形態の複合アンテナ100では、GPS用アンテナ120が地板110の中心近傍の上部に配置されており、GPS用アンテナ120の下方にGPS回路基板140が配置されている。ブルートゥース用アンテナ130は、GPS回路基板140のさらに下方に配置された構成となっている。GPS用アンテナ120が天頂方向に高い利得を得られるようにするため、GPS用アンテナ120が最上部に配置される構成としている。
In the
このように、本実施形態の複合アンテナ100は、GPS用アンテナ120、GPS回路基板140、およびブルートゥース用アンテナ130を立体的に配置することにより、アンテナの配置スペースを小さくして小型化を図っている。本実施形態の複合アンテナ100は、GPS用アンテナ120とブルートゥース用アンテナ130とを立体的に配置しても、それぞれの利得特性に悪影響を与えないようにしており、これについて以下に説明する。
As described above, the
GPS用アンテナ120は、天頂方向に指向性を持たせるために、地板110の略中心に配置する必要がある。また、ブルートゥース用アンテナ130は、本来なら地板110の影響を受けないようにこれから離れた位置に配置するのがよい。しかし、本実施形態の複合アンテナ100を上記のような構成とするために、ブルートゥース用アンテナ130も地板110の上部に配置している。そして、地板110からの影響を低減するために、ブルートゥース用アンテナ130の直下の場所から地板用導体を切除して地板穴111を設けている。
The
上記のように、ブルートゥース用アンテナ130の直下に地板穴111を設けることで、ブルートゥース用アンテナ130の指向性に影響を与える地板用導体を無くしている。このように、地板110の一部の導体を切除して地板穴111を設けると、これがGPS用アンテナ120の指向性に影響する可能性がある。そこで、GPS用アンテナ120の指向性に与える影響をできるだけ低減するために、地板穴111をGPS用アンテナ120の直下の地板110の略中心に配置することとしている。これにより、地板110がGPS用アンテナ120の中心に対し、水平方向の対称性を維持することができ、GPS用アンテナ120の天頂方向の指向性を維持することができる。
As described above, by providing the
上記のとおり、ブルートゥース用アンテナ130の指向性への影響を低減するための地板穴111を、GPS用アンテナ120の指向性に影響しないようにするために、地板110の略中心に設けるようにしている。その結果、GPS用アンテナ120の地板110上の配置と、ブルートゥース用アンテナ130の地板110上の配置とが一致すことになり、本実施形態では両者を重ねて配置するようにしている。
As described above, the
地板110の中心に地板穴111を設けたことによる利得特性への影響を以下に説明する。まず、地板穴111の大きさがGPS用アンテナ120およびブルートゥース用アンテナ130のそれぞれの利得特性に与える影響を図3を用いて説明する。図3(a)は、地板穴111の大きさによるGPS用アンテナ120の天頂方向の利得の変化を示すグラフであり、図3(b)、(c)は、地板穴111の大きさによるブルートゥース用アンテナ130の利得の変化を示すグラフである。図3(b)では、XY面、ZY面、YZ面における利得を、それぞれ符号11、12、13で示している。
The influence on the gain characteristics by providing the
図3(a)、(b)は、地板110の寸法を70mm×70mm(面積4900mm2)の正方形としたときの特性を示しており、図3(c)は、地板110の寸法を90mm×90mm(面積8000mm2)の正方形としたときの特性を示している。各グラフの横軸は、地板穴111の面積をGPSおよびブルートゥースで用いるそれぞれの電波の波長λ1、λ2を用いて表しており、単位をmm2としている。図3(a)に示すGPS用アンテナ120の天頂方向の利得特性の変化より、地板穴111を設けることで天頂方向の利得が若干低下するが、地板穴111の面積が(λ1/9.5)2mm2から地板110の面積の略1/4に相当する(λ1/5.5)2mm2までは、ほぼ一定の利得が得られることがわかる。
FIGS. 3A and 3B show characteristics when the size of the
これに対し、地板穴111の面積が地板110の面積の略1/4を超えると、天頂方向の利得が急激に低下し、地板110が反射板として機能しなくなることがわかる。以上より、GPS用アンテナ120に対し天頂方向に高い利得特性を持たせるためには、地板穴111の面積を地板110の面積の略1/4以下とするのが良い。
On the other hand, when the area of the
また、図3(b)、(c)に示すブルートゥース用アンテナ130の利得特性より、地板穴111を設けることで利得が大幅に向上することがわかる。そして、地板穴111の面積を地板110の面積の略1/5に相当する(λ2/4)2mm2程度としたときに最も高く、(λ2/5)2以上で良好な利得が得られている。地板穴111の面積をさらに大きくすると、徐々にではあるが利得特性が低下していく。
In addition, it can be seen from the gain characteristics of the
以上より、地板穴111の面積を、(λ2/5)2以上でかつ(λ1/5)2以下とするのがよく、これによりGPS用アンテナ120の天頂方向の利得特性を好適に保持したまま、ブルートゥース用アンテナ130の利得特性も改善することができる。
Holding the above, the area of
つぎに、地板110の大きさがGPS用アンテナ120およびブルートゥース用アンテナ130のそれぞれの利得特性に与える影響を図4を用いて説明する。同図では、横軸を地板110の面積(単位mm2)とし、GPS用アンテナ120の利得特性(右旋円偏波)を符号20で表し、ブルートゥース用アンテナ130のXY面、ZY面、YZ面における利得をそれぞれ符号21、22、23で表している。
Next, the influence of the size of the
図4では、地板穴111の面積を(λ2/4)2((λ1/6.3)2)mm2に固定し、地板110の外形寸法を変えて面積を変化させたときのそれぞれの特性変化を示している。符号20で示すGPS用アンテナ120の特性は、地板110の面積が(λ1/3.2)2mm2程度のときをピークに、それより大きくしていくと徐々に劣化していく傾向が見られる。しかしながら、地板110の面積を3500mm2以上とすることで、ほぼ良好な特性が得られることがわかる。
In Figure 4, the area a (λ 2/4) 2 of Chiban'ana 111 ((λ 1 /6.3) 2 ) fixed to mm 2, respectively in the case of changing the area by changing the external dimensions of the
さらに、地板穴110の形状がGPS用アンテナ120およびブルートゥース用アンテナ130のそれぞれの利得特性に与える影響を図5および図6を用いて説明する。上記では、地板穴111の形状を正方形とし、各辺が地板110の各辺と略平行となるように形成していたが、以下では地板穴111の形状あるいは向きを変えたときの影響を説明する。
Further, the influence of the shape of the
地板穴111の形状として、図5に示す4種類のものを地板110に形成した場合について説明する。図5(a)は、上記実施例で用いた正方形の場合であり、地板穴111の各辺が地板110の各辺と平行に形成されている。図5(b)も地板穴111の形状が正方形であるが、各辺が地板110の各辺に対し略45°回転した形状となっている。また、図5(c)は地板穴111の形状を六角形とした場合であり、図5(d)は地板穴111の形状を十二角形とした場合である。いずれの場合とも、地板110の中心位置と地板穴111の中心位置とが一致するように形成されている。
As the shape of the
地板穴111の形状を図5のそれぞれとしたときのブルートゥース用アンテナ130の利得への影響を図6を用いて説明する。図6は、図3と同様に、横軸を地板穴111の面積(単位mm2)としたときのブルートゥース用アンテナ130の利得の変化を示しており、(a)、(b)、(c)はそれぞれXY面、ZY面、YZ面における利得を示している。また各図において、地板穴111の形状が正方形のとき、正方形で地板110に対し45°回転させたとき、六角形のとき、十二角形のとき、をそれぞれ符号31、32、33、34で示している。
The influence on the gain of the
図6において、符号31に示す利得特性は、地板穴111の形状が上記実施形態と同じ正方形の場合(図5(a))であり、図3(b)に示した結果と同じものである。これ以外の符号32〜34で示す利得変化を符号31の利得変化と比較すると、それぞれで大きな差が見られない。すなわち、地板穴111の形状が異なっていても、地板穴111の面積が同じであればほぼ同じ利得が得られることがわかる。
In FIG. 6, the gain characteristic indicated by
上記の結果より、円偏波のGPS用アンテナ120と直線偏波のブルートゥース用アンテナ130とを一体化して複合アンテナ100を形成する場合には、GPS用アンテナ120を上にしてブルートゥース用アンテナ130と重ね合わせ、両者を地板110の略中心に配置し、地板110の中心に地板穴111を形成するのがよい。このとき、地板穴111の面積を(λ2/5)2以上でかつ(λ1/5)2以下とすることで、それぞれの指向性を好適に保持して小型化可能な複合アンテナ100を提供することができる。なお、地板111は、複合アンテナ100を保護する蓋(図示せず)を固定するのに用いることもできる。
Based on the above results, when the
上記では、車載用アンテナとしてGPS用アンテナ120とブルートゥース用アンテナ130とからなる複合アンテナ100について説明したが、これに限らず本発明によれば、一方のアンテナの地板に部分的に切除された地板穴を設けることで、他方のアンテナの指向性への影響を低減して一体化した複合アンテナを提供することができる。
In the above description, the
なお、本実施の形態における記述は、本発明に係る複合アンテナの一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態における複合アンテナの細部構成及び詳細な動作等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。 Note that the description in the present embodiment shows an example of the composite antenna according to the present invention, and the present invention is not limited to this. The detailed configuration and detailed operation of the composite antenna in the present embodiment can be appropriately changed without departing from the spirit of the present invention.
100 複合アンテナ
110 地板
111 地板穴
120 第1のアンテナ(GPS用アンテナ)
130 第2のアンテナ(ブルートゥース用アンテナ)
140 GPS回路基板
100
130 Second antenna (Bluetooth antenna)
140 GPS circuit board
Claims (3)
前記第1の指向性とは異なる第2の指向性を有する直線偏波用の第2のアンテナと、が同一基板上に配置され、
前記基板が地板上の所定の位置に配置され、
中心が前記地板の中心に略一致する位置に地板用導体を切除した地板穴が設けられ、
前記第1のアンテナが前記地板の略中心に配置され、
前記第2のアンテナが前記地板穴の上部に配置され、
前記第1のアンテナの波長をλ 1 とし、前記第2のアンテナの波長をλ 2 とするとき、前記第2のアンテナの波長λ 2 は前記第1のアンテナの波長λ 1 より短く、前記地板穴は(λ 2 /5) 2 以上(λ 1 /5) 2 以下の大きさの面積を有する
ことを特徴とする複合アンテナ。 A first antenna for circular polarization having a first directivity;
A linearly polarized second antenna having a second directivity different from the first directivity is disposed on the same substrate;
The substrate is arranged at a predetermined position on the ground plane;
Center ground plane hole provided with resected ground plane conductor to substantially coincide located at the center of the base plate,
The first antenna is disposed at substantially the center of the ground plane;
The second antenna is disposed above the main plate hole;
When the wavelength of the first antenna is λ 1 and the wavelength of the second antenna is λ 2 , the wavelength λ 2 of the second antenna is shorter than the wavelength λ 1 of the first antenna , and the ground plane hole composite antenna which is characterized by having an area of (λ 2/5) 2 or (λ 1/5) 2 or less in size.
ことを特徴とする請求項1に記載の複合アンテナ。 The composite antenna according to claim 1, wherein the first antenna is a GPS antenna.
ことを特徴とする請求項1または2に記載の複合アンテナ。 The composite antenna according to claim 1 , wherein the second antenna is a Bluetooth communication antenna.
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