JP7409961B2 - アンテナ装置 - Google Patents
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Description
本発明は、アンテナ装置に関する。
下記特許文献１には、略矩形状のパッチアンテナ素子からなるＤＳＲＣ（Dedicated Short Communication）用のアンテナ部と、アンテナ部の外周に沿って延びる逆Ｆアンテナ素子からなるＧＰＳ（Global Positioning System）用のアンテナ部とを備えたアンテナ装置が開示されている。
しかしながら、特許文献１の技術は、互いに別体に設けられた２つのアンテナ素子を備えるため、アンテナのマルチバンド化に伴う部品点数の増加や装置の大型化を抑制することが困難である。
一実施形態に係るアンテナ装置は、回路基板と、回路基板上に配置されたアンテナ素子と、回路基板に設けられ、アンテナ素子に給電する給電部とを備え、アンテナ素子は、回路基板の一方の面に設けられ、対角線上に位置する第１の角部および第２の角部が切り欠かれた略矩形状を有する、アンテナ用電極パターンを有し、給電部は、アンテナ用電極パターンの第３の角部の近傍に設けられ、アンテナ素子は、アンテナ用電極パターンの全体領域において、第１の周波数帯域に対応する放射特性を有し、アンテナ用電極パターンにおける、第３の角部を形成する２つの辺に沿って延在するＬ字状を有する一部の領域において、第２の周波数帯域に対応する放射特性を有する。
一実施形態によれば、アンテナのマルチバンド化に伴う部品点数の増加や装置の大型化を抑制することができる。
以下、図面を参照して、一実施形態について説明する。なお、以下の説明では、便宜上、Ｚ軸方向を上下方向とし、Ｘ軸方向を前後方向をとし、Ｙ軸方向を左右方向とする。
図１は、一実施形態に係るアンテナ装置１００の外観斜視図である。図１に示すアンテナ装置１００は、自動車等の車両の車内に設置されることにより、車両の外部との無線通信を実現可能にする装置である。
図１に示すように、アンテナ装置１００は、筐体１１０を備える。筐体１１０は、上下方向（Ｚ軸方向）の厚さが比較的薄い、薄型の直方体形状を有する。筐体１１０は、天板部１１０Ｂ、底板部１１０Ｃ、および４つの側壁部１１０Ｄ１～１１０Ｄ４を有する。筐体１１０は、天板部１１０Ｂ、底板部１１０Ｃ、および４つの側壁部１１０Ｄ１～１１０Ｄ４に囲まれた、内部空間１１０Ａを有する。筐体１１０は、内部空間１１０Ａに回路基板１２０を収容する。例えば、筐体１１０は、樹脂素材が用いられて形成される。なお、図１では、筐体１１０を透明化して表している。
また、アンテナ装置１００は、回路基板１２０を備える。回路基板１２０は、筐体１１０の内部空間１１０Ａに収容される。回路基板１２０は、平板状且つ矩形状の部材である。回路基板１２０としては、例えば、ＰＷＢ（Printed Wiring Board）が用いられる。回路基板１２０の上面１２０Ａには、接地電極１２１およびアンテナ素子１３０が設けられている。
図２は、一実施形態に係るアンテナ装置１００の断面図である。図２に示すように、回路基板１２０は、上面１２０Ａおよび下面１２０Ｂを有する。上面１２０Ａは、筐体１１０の天板部１１０Ｂと対向する面である。下面１２０Ｂは、筐体１１０の底板部１１０Ｃと対向する面である。
図２に示すように、上面１２０Ａには、アンテナ素子１３０、接地電極１２１、通信回路１２２、および給電部１２３が設けられている。
アンテナ素子１３０は、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）の周波数帯域である第１の周波数帯域（５．１～５．７ＧＨｚ帯）と、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）の周波数帯域である第２の周波数帯域（２．４～２．５ＧＨｚ帯）と、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）の周波数帯域である第３の周波数帯域（１５７５ＧＨｚ帯）との各々に対する周波数特性を有する。すなわち、一実施形態に係るアンテナ装置１００は、上記３つの周波数帯域の各々による無線通信を行うことができる。
通信回路１２２は、上面１２０Ａの中央に設けられている。通信回路１２２は、アンテナ素子１３０を介して、外部との無線通信を行う。通信回路１２２は、３つの周波数帯域の各々について、アンテナ素子１３０を介して、外部との無線通信を行うことができる。例えば、通信回路は、第３の周波数帯域（１５７５ＧＨｚ帯）を利用して、衛星測位を行うことができる。また、例えば、通信回路は、第２の周波数帯域（２．４～２．５ＧＨｚ帯）および第１の周波数帯域（５．１～５．７ＧＨｚ帯）を利用して、近距離無線通信を行うことができる。さらに、通信回路１２２は、路車間通信（Ｖ２Ｉ（Vehicle to Infrastructure）等）、車車間通信（Ｖ２Ｖ（Vehicle to Vehicle）等）、移動体通信（ＬＴＥ（Long Term Evolution）等）等を行うこともできる。
接地電極１２１は、上面１２０Ａにおける通信回路１２２の周囲に設けられている。給電部１２３は、接地電極１２１とアンテナ素子１３０との間に設けられている。給電部１２３は、アンテナ素子１３０に対する給電がなされる部分である。
図２に示すように、下面１２０Ｂには、接地電極１２４が設けられている。
ここで、第１の周波数帯域（５．１～５．７ＧＨｚ帯）および第２の周波数帯域（２．４～２．５ＧＨｚ帯）は、近距離無線通信用の周波数帯域である。また、第３の周波数帯域（１５７５ＧＨｚ帯）は、衛星測位用の周波数帯域である。
図２に示すように、第１の周波数帯域（５．１～５．７ＧＨｚ帯）および第２の周波数帯域（２．４～２．５ＧＨｚ帯）に対応するアンテナ素子１３０の指向性は、筐体１１０の樹脂製の底板部１１０Ｃ側に向けられる。また、第３の周波数帯域（１５７５ＧＨｚ帯）に対応するアンテナ素子１３０の指向性は、筐体１１０の樹脂製の天板部１１０Ｂ側に向けられる。
そして、図２に示すように、筐体１１０は、天板部１１０Ｂが車両の屋根１０側を向き、底板部１１０Ｃが車両の車室側を向くように、車両の屋根１０の下側に取り付けられる。これにより、第１の周波数帯域（５．１～５．７ＧＨｚ帯）および第２の周波数帯域（２．４～２．５ＧＨｚ帯）に対応するアンテナ素子１３０の指向性は、車外側に向けられる。また、第３の周波数帯域（１５７５ＧＨｚ帯）に対応するアンテナ素子１３０の指向性は、車室側に向けられる。
なお、図２に示すように、回路基板１２０の下面１２０Ｂにおいて、接地電極１２４は、アンテナ素子１３０を避けた位置に形成されている。これにより、一実施形態に係るアンテナ装置１００は、接地電極１２４による、アンテナ素子１３０の車室側への電波の放射特性への影響を抑制することができる。
また、一実施形態に係るアンテナ装置１００は、筐体１１０の天板部１１０Ｂおよび底板部１１０Ｃが樹脂製である。これにより、一実施形態に係るアンテナ装置１００は、天板部１１０Ｂおよび底板部１１０Ｃによる、アンテナ素子１３０の車外側への電波の放射特性への影響と、アンテナ素子１３０の車室側への電波の放射特性への影響とを抑制することができる。
図３は、一実施形態に係る回路基板１２０の平面図である。図３に示すように、回路基板１２０の上面１２０Ａには、接地電極１２１およびアンテナ素子１３０が形成されている。アンテナ素子１３０および接地電極１２１は、薄膜状の導体（例えば、銅箔）が用いられて形成される。
図３に示すように、回路基板１２０の上面１２０Ａにおける、左側（Ｙ軸負側）且つ前側（Ｘ軸正側）の角部には、所定のサイズを有する矩形状のアンテナ配置領域１２０Ｃが設けられている。アンテナ配置領域１２０Ｃは、アンテナ素子１３０が設置される領域である。
接地電極１２１は、回路基板１２０の上面１２０Ａの略全域に亘って形成されている。接地電極１２１は、前後方向（Ｘ軸方向）を長手方向とする、略長方形状を有する。接地電極１２１の左側（Ｙ軸負側）且つ前側（Ｘ軸正側）の角部には、アンテナ配置領域１２０Ｃと重なる部分が矩形状に切り欠かれることによって形成される、切り欠き部１２１Ａが設けられている。切り欠き部１２１Ａは、前後方向に直線状に延在する第１の縁部１２１Ａａと、左右方向に直線状に延在する第２の縁部１２１Ａｂとによって、Ｌ字状をなしている。
図４は、図３に示す回路基板１２０の一部拡大図である。図４に示すように、アンテナ素子１３０は、アンテナ用電極パターン１３１、および、片端開放型のスタブ１３２を有する。
図４に示すように、アンテナ用電極パターン１３１は、概ね、左右方向（Ｙ軸方向）を長手方向とする長方形状を有する。アンテナ用電極パターン１３１は、対角線上に位置する第１の角部１３１Ａ１および第２の角部１３１Ａ２が斜めに切り欠かれている。
また、図４に示すように、アンテナ用電極パターン１３１は、対角線上に位置する第３の角部１３１Ａ３および第４の角部１３１Ａ４のうち、右側（Ｙ軸正側）の第４の角部１３１Ａ４が斜めに切り欠かれている。
また、図４に示すように、アンテナ用電極パターン１３１の右辺１３１Ｃ１（Ｙ軸正側の辺）における第３の角部１３１Ａ３の近傍位置と、接地電極１２１の切り欠き部１２１Ａの第１の縁部１２１Ａａとの間には、給電部１２３が設けられている。
また、図４に示すように、スタブ１３２は、アンテナ用電極パターン１３１における第３の角部１３１Ａ３の近傍から、アンテナ用電極パターン１３１の外周に沿って延出する。
具体的には、スタブ１３２は、第１の直線部１３２Ａ、第２の直線部１３２Ｂ、および第３の直線部１３２Ｃを有する。スタブ１３２は、第２の直線部１３２Ｂおよび第３の直線部１３２Ｃによって、Ｌ字状をなしている。
第１の直線部１３２Ａは、アンテナ用電極パターン１３１の後辺１３１Ｃ２（Ｘ軸負側の辺）における第３の角部１３１Ａ３の近傍位置から、後方（Ｘ軸負方向）に直線状に延在する。
第２の直線部１３２Ｂは、第１の直線部１３２Ａの後端部（Ｘ軸負側の端部）から、アンテナ用電極パターン１３１の後辺１３１Ｃ２（Ｘ軸負側の辺）と、接地電極１２１の切り欠き部１２１Ａの第２の縁部１２１Ａｂとの間を、アンテナ用電極パターン１３１の後辺１３１Ｃ２（Ｘ軸負側の辺）に沿って、左方向（Ｙ軸負方向）に直線状に延在する帯状の部分である。
第３の直線部１３２Ｃは、第２の直線部１３２Ｂの左端部（Ｙ軸負側の端部）から、アンテナ用電極パターン１３１の左辺１３１Ｃ３（Ｙ軸負側の辺）に沿って、前方（Ｘ軸正方向）に直線状に延在する帯状の部分である。
図４に示すように、アンテナ素子１３０は、スタブ１３２の開放端が給電部１２３よりも回路基板１２０の外周寄りとなるように、回路基板１２０の上面１２０Ａのアンテナ配置領域１２０Ｃに設けられている。
アンテナ素子１３０は、アンテナ用電極パターン１３１の全体領域において、第１の周波数帯域（５．１～５．７ＧＨｚ帯）に対応する放射特性を有する。
また、アンテナ素子１３０は、アンテナ用電極パターン１３１における、第３の角部１３１Ａ３を形成する２つの辺に沿って延在するＬ字状を有する一部の領域１３１Ｂにおいて、第２の周波数帯域（２．４～２．５ＧＨｚ帯）に対応する放射特性を有する。
また、アンテナ素子１３０は、アンテナ用電極パターン１３１とスタブ１３２とを含む領域において、第３の周波数帯域（１５７５ＧＨｚ帯）に対応する放射特性を有する。
〔実施例〕
以下、図５～図７を参照して、一実施形態に係るアンテナ装置１００の一実施例について説明する。
以下、図５～図７を参照して、一実施形態に係るアンテナ装置１００の一実施例について説明する。
図５および図６は、一実施例におけるアンテナ装置１００の各部の寸法を示す図である。図５および図６に示すように、本実施例に用いたアンテナ装置１００の各部の寸法は、以下のとおりである。
・筐体１１０の外形寸法：１４０ｍｍ×１１２ｍｍ×２９ｍｍ（縦×横×高さ）
・回路基板１２０の外形寸法：１３２ｍｍ×１０２ｍｍ×１．３ｍｍ（縦×横×厚さ）
・アンテナ配置領域１２０Ｃの外形寸法：２６ｍｍ×２４．６ｍｍ（横×縦）
・アンテナ用電極パターン１３１の外形寸法：２２ｍｍ×１２ｍｍ（横×縦）
・スタブ１３２の外形寸法：２４ｍｍ×１５ｍｍ（横×縦）
・回路基板１２０の外形寸法：１３２ｍｍ×１０２ｍｍ×１．３ｍｍ（縦×横×厚さ）
・アンテナ配置領域１２０Ｃの外形寸法：２６ｍｍ×２４．６ｍｍ（横×縦）
・アンテナ用電極パターン１３１の外形寸法：２２ｍｍ×１２ｍｍ（横×縦）
・スタブ１３２の外形寸法：２４ｍｍ×１５ｍｍ（横×縦）
図７は、一実施例においてアンテナ装置１００によって得られたＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio）を示す図である。
図７に示すように、本実施例では、一実施形態に係るアンテナ装置１００により、ＧＮＳＳの周波数帯域である第３の周波数帯域（１５７５ＧＨｚ帯）において、ＶＳＷＲとして「１．８６～２．５９」が得られた。
また、図７に示すように、本実施例では、一実施形態に係るアンテナ装置１００により、Ｗｉ－Ｆｉの周波数帯域である第２の周波数帯域（２．４～２．５ＧＨｚ帯）において、ＶＳＷＲとして「２．４７～２．６３」が得られた。
また、図７に示すように、本実施例では、一実施形態に係るアンテナ装置１００により、Ｗｉ－Ｆｉの周波数帯域である第１の周波数帯域（５．１～５．７ＧＨｚ帯）において、ＶＳＷＲとして「１．７５～２．６２」が得られた。
すなわち、本実施例により、一実施形態に係るアンテナ装置１００は、上記３つの周波数帯域のいずれにおいても、ＶＳＷＲとして目標値「３．０」未満を得ることができた。
以上説明したように、一実施形態に係るアンテナ装置１００は、回路基板１２０と、回路基板１２０上に配置されたアンテナ素子１３０と、回路基板１２０に設けられ、アンテナ素子１３０に給電する給電部１２３とを備え、アンテナ素子１３０は、回路基板１２０の上面１２０Ａに設けられ、対角線上に位置する第１の角部１３１Ａ１および第２の角部１３１Ａ２が切り欠かれた略矩形状を有する、アンテナ用電極パターン１３１を有し、給電部１２３は、アンテナ用電極パターン１３１の第３の角部１３１Ａ３の近傍に設けられ、アンテナ素子１３０は、アンテナ用電極パターン１３１の全体領域において、第１の周波数帯域（５．１～５．７ＧＨｚ帯）に対応する放射特性を有し、アンテナ用電極パターン１３１における、第３の角部１３１Ａ３を形成する２つの辺に沿って延在するＬ字状を有する一部の領域１３１Ｂにおいて、第２の周波数帯域（２．４～２．５ＧＨｚ帯）に対応する放射特性を有する。
これにより、一実施形態に係るアンテナ装置１００は、単一のアンテナ素子１３０により、互いに異なる２つの周波数帯域による無線通信を行うことができる。したがって、一実施形態に係るアンテナ装置１００によれば、アンテナのマルチバンド化に伴う部品点数の増加や装置の大型化を抑制することができる。
また、一実施形態に係るアンテナ装置１００において、アンテナ素子１３０は、アンテナ用電極パターン１３１における第３の角部１３１Ａ３の近傍から、アンテナ用電極パターン１３１の外周に沿って延出する片端開放型のスタブ１３２をさらに有し、アンテナ用電極パターン１３１とスタブ１３２とを含む領域において、第３の周波数帯域（１５７５ＧＨｚ帯）に対応する放射特性を有する。
これにより、一実施形態に係るアンテナ装置１００は、単一のアンテナ素子１３０により、互いに異なる３つの周波数帯域による無線通信を行うことができる。したがって、一実施形態に係るアンテナ装置１００によれば、アンテナのマルチバンド化に伴う部品点数の増加や装置の大型化を抑制することができる。
以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形又は変更が可能である。
１００ アンテナ装置
１１０ 筐体
１１０Ｂ 天板部
１１０Ｃ 底板部
１１０Ｄ１～１１０Ｄ４ 側壁部
１２０ 回路基板
１２０Ａ 上面
１２０Ｂ 下面
１２０Ｃ アンテナ配置領域
１２１ 接地電極
１２１Ａ 切り欠き部
１２２ 通信回路
１２３ 給電部
１３０ アンテナ素子
１３１ アンテナ用電極パターン
１３１Ａ１ 第１の角部
１３１Ａ２ 第２の角部
１３１Ａ３ 第３の角部
１３１Ａ４ 第４の角部
１３２ スタブ
１３２Ａ 第１の直線部
１３２Ｂ 第２の直線部
１３２Ｃ 第３の直線部
１１０ 筐体
１１０Ｂ 天板部
１１０Ｃ 底板部
１１０Ｄ１～１１０Ｄ４ 側壁部
１２０ 回路基板
１２０Ａ 上面
１２０Ｂ 下面
１２０Ｃ アンテナ配置領域
１２１ 接地電極
１２１Ａ 切り欠き部
１２２ 通信回路
１２３ 給電部
１３０ アンテナ素子
１３１ アンテナ用電極パターン
１３１Ａ１ 第１の角部
１３１Ａ２ 第２の角部
１３１Ａ３ 第３の角部
１３１Ａ４ 第４の角部
１３２ スタブ
１３２Ａ 第１の直線部
１３２Ｂ 第２の直線部
１３２Ｃ 第３の直線部
Claims (7)
- 回路基板と、
回路基板上に配置されたアンテナ素子と、
前記回路基板に設けられ、前記アンテナ素子に給電する給電部と
を備え、
前記アンテナ素子は、
前記回路基板の一方の面に設けられ、対角線上に位置する第１の角部および第２の角部が切り欠かれた略矩形状を有する、アンテナ用電極パターンを有し、
前記給電部は、
前記アンテナ用電極パターンの第３の角部の近傍に設けられ、
前記アンテナ素子は、
前記アンテナ用電極パターンの全体領域において、第１の周波数帯域に対応する放射特性を有し、
前記アンテナ用電極パターンにおける、前記第３の角部を形成する２つの辺に沿って延在するＬ字状を有する一部の領域において、第２の周波数帯域に対応する放射特性を有する
ことを特徴とするアンテナ装置。 - 前記アンテナ素子は、
前記アンテナ用電極パターンにおける前記第３の角部の近傍から、前記アンテナ用電極パターンの外周に沿って延出する片端開放型のスタブをさらに有し、
前記アンテナ用電極パターンと前記スタブとを含む領域において、第３の周波数帯域に対応する放射特性を有する
ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。 - 前記アンテナ素子は、
前記スタブの開放端が前記給電部よりも前記回路基板の外周寄りとなるように、前記回路基板の角部のアンテナ配置領域に設けられ、
前記回路基板の他方の面における、前記アンテナ配置領域を避けた位置に、接地電極を備える
ことを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。 - 前記回路基板を収容する筐体を更に備え、
前記筐体は、前記回路基板の前記一方の面と対向する樹脂製の天板部と、前記回路基板の前記他方の面と対向する樹脂製の底板部とを有する
ことを特徴とする請求項３に記載のアンテナ装置。 - 前記第１の周波数帯域および前記第２の周波数帯域は、近距離無線通信用の周波数帯域であり、
前記第３の周波数帯域は、衛星測位用の周波数帯域であり、
前記第１の周波数帯域および前記第２の周波数帯域に対応する前記アンテナ素子の指向性は、前記筐体の前記底板部側に向けられており、
前記第３の周波数帯域に対応するアンテナ素子の指向性は、前記筐体の前記天板部側に向けられている。
ことを特徴とする請求項４に記載のアンテナ装置。 - 前記筐体は、前記天板部が車両の屋根側を向き、前記底板部が前記車両の車室側を向くように、前記車両の前記屋根の下側に取り付けられている
ことを特徴とする請求項５に記載のアンテナ装置。 - 前記回路基板は、
前記第１の周波数帯域および前記第２の周波数帯域を利用した前記近距離無線通信と、前記第３の周波数帯域を利用した前記衛星測位とを行うことが可能な通信回路を有する ことを特徴とする請求項６に記載のアンテナ装置。
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