WO2021065818A1 - アンテナ装置及び車両 - Google Patents

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antenna
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上島 博幸
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パナソニックIpマネジメント株式会社
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    • H01Q9/04Resonant antennas
    • H01Q9/0407Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna

Definitions

  • This disclosure relates to an antenna device and a vehicle.
  • Patent Document 1 a recess provided in the roof (in other words, a concave antenna storage portion) is provided, the antenna device is stored in the antenna storage portion, and the antenna storage portion constitutes a part of the roof. It is disclosed that the lid closes. With such a configuration, there is no portion protruding to the outside of the vehicle body, the design of the vehicle is not impaired, and the antenna can be prevented from being broken.
  • the present disclosure provides, for example, a technique capable of suppressing deterioration of the performance or characteristics of an antenna device embedded in the exterior of a moving body.
  • the antenna device in the present disclosure includes an antenna element arranged in a concave portion of the exterior of the moving body, and a non-feeding element whose center is arranged at a position higher than the horizontal plane in which the center of the antenna element is located in the concave portion. ..
  • the antenna device when the antenna device is embedded in the exterior of the moving body, deterioration of the performance or characteristics of the antenna device can be suppressed.
  • FIG. 1 A perspective view and (b) cross-sectional view showing an example of the configuration of the vehicle roof embedded antenna device according to the embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1 A perspective view and (b) sectional view showing the configuration of the vehicle roof embedded antenna device to be compared with the vehicle roof embedded antenna device according to the embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1 A perspective view and (b) cross-sectional view showing the configuration of the vehicle roof protruding antenna device to be compared with the vehicle roof embedded antenna device according to the embodiment of the present disclosure.
  • FIGS. 1A and 1B are views showing an example of a configuration of a vehicle roof embedded antenna device according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 1A is a perspective view
  • FIG. 1B is an XZ sectional view. is there.
  • the X direction is the front-rear length direction of the vehicle (+ X is the front, -X is the rear)
  • the Y direction is the left-right width direction of the vehicle
  • the Z direction is the vehicle. It points in the vertical height direction of.
  • the vehicle is an example of a moving body (or mobility), and may include an automobile, a train, or a small electric vehicle.
  • Non-limiting examples of small electric vehicles include electric standing motorcycles, electric carts, electric carts, or electric baby carts.
  • the vehicle roof embedded antenna device 100 is used by being embedded in the recess 2 of the vehicle roof 1.
  • the vehicle roof 1 may be coated with a conductive metal or may be made of metal.
  • the recess 2 of the vehicle roof 1 shows a case of being composed of a plurality of flat surfaces, it may be a curved surface or a combination of a flat surface and a curved surface, and does not have to be a conductive metal.
  • a GND is a square conductor whose side is larger than half the wavelength of free space.
  • a patch antenna is a type of flat antenna and is also called a microstrip antenna.
  • the inclined portion of the concave portion 2 of the vehicle roof 1 has, for example, a tilt (inclination) angle ⁇ in the elevation (elevation angle) direction with respect to the horizontal plane (XY plane) in which the bottom portion of the concave portion 2 of the vehicle roof 1 is located.
  • the patch antenna on each dielectric substrate 101-k may correspond to a sector antenna.
  • a four-sector antenna may be composed of four patch antennas.
  • the distance between the patch antenna elements 102 forming sector antennas facing each other in the inclined portion 2 of the recess 2 of the vehicle roof 1 is, for example, about 18 mm. This is determined by the positional relationship including the non-feeding element described later in order to obtain the desired directivity.
  • the non-feeding element 104 is a conductor arranged at approximately the central axis of the four-sector antenna, for example, approximately equidistant from each of the two opposing sector antennas.
  • the non-feeding element 104 may be integrated with a resin cover (not shown) that covers the recess 2 of the vehicle roof 1, or a predetermined distance from the bottom to somewhere in the recess 2 of the vehicle roof 1, for example, the bottom. It may be separated and fixed.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a vehicle roof embedded antenna device 200 to be compared with the vehicle roof embedded antenna device 100 according to the embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2A is a perspective view of the vehicle roof embedded antenna device 200
  • FIG. 2B is a sectional view thereof.
  • the difference between the vehicle roof embedded antenna device 100 shown in FIG. 1 and the vehicle roof embedded antenna device 200 shown in FIG. 2 is the presence or absence of the non-feeding element 104.
  • the vehicle roof embedded antenna device 100 of FIG. 1 is provided with a non-feeding element 104
  • the vehicle roof embedded antenna device 200 of FIG. 2 is not provided with a non-feeding element.
  • FIG. 2 shows a four-sector antenna composed of four sectors as in FIG. 1, but since the configuration of each sector is the same, FIG. 2 will be described focusing on the front sector.
  • a patch antenna element 202-1 is arranged on the front surface of the dielectric substrate 201-1, a GND (not shown) is formed on the back surface, and a feeding point 203-1 is also provided.
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a vehicle roof protruding antenna device 300 to be compared with the vehicle roof embedded antenna device 100 according to the embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 3A is a perspective view of the vehicle roof protruding antenna device 300
  • FIG. 3B is a cross-sectional view thereof.
  • the vehicle roof protruding antenna device 300 constitutes a four-sector antenna along the convex portion 3 of the vehicle roof 1.
  • the vehicle roof embedded antenna device 100 shown in FIG. 1 is an example in which the antenna device 100 is below the surface of the vehicle roof 1 (in other words, does not protrude from the roof surface).
  • the antenna device 300 is formed so as to project above the surface of the vehicle roof 1. Therefore, in the vehicle roof protruding antenna device 300 shown in FIG. 3, since the antenna device 300 protrudes from the vehicle roof 1, the aesthetic appearance of the vehicle is impaired.
  • FIG. 3 shows a four-sector antenna composed of four sectors as in FIG. 1, but since the configuration of each sector may be the same, FIG. 3 will be described focusing on the front sector.
  • a patch antenna element 302-1 is arranged on the front surface of the dielectric substrate 301-1, a GND (not shown) is formed on the back surface, and a feeding point 303-1 is provided.
  • FIG. 4 is an example of a radiation pattern diagram of each of the antenna devices 100, 200, and 300 shown in FIGS. 1 to 3, and FIG. 4 (a) is a radiation pattern of each antenna device on the XZ plane. (B) is a radiation pattern diagram of each antenna device on the XY plane. In FIGS. 4 (a) and 4 (b), the operating gain (sensitivity) is shown in units of dBi.
  • the solid line 401 shown in FIGS. 4A and 4B shows the radiation pattern of the patch antenna element 102 of the vehicle roof embedded antenna device 100 shown in FIG.
  • the broken line 402 in FIGS. 4A and 4B shows the radiation pattern of the patch antenna element 202 of the vehicle roof embedded antenna device 200 shown in FIG.
  • the alternate long and short dash line 403 of FIGS. 4A and 4B shows the radiation pattern of the patch antenna element 302 of the vehicle roof protruding antenna device 300 shown in FIG.
  • Each radiation pattern shows the characteristics when GND (not shown) is grounded to the vehicle roof 1, recess 2 or protrusion 3.
  • the vehicle roof projecting antenna device 300 (dashed-dotted line 403) shown in FIG. 3 has the highest gain because the influence of the vehicle roof 1 is relatively small because it protrudes from the vehicle roof 1.
  • the vehicle roof embedded antenna device 200 (broken line 402) without the non-feeding element 104 shown in FIG. 2 has the lowest gain, and is embedded in the vehicle roof and has no non-feeding element, so that the vehicle roof has no power supply element. This is because the influence of 1 is the largest.
  • the vehicle roof embedded antenna device 100 (solid line 401) provided with the non-feeding element 104 has a lower gain in the + X direction than the vehicle roof protruding antenna device 300 (dashed line 403), but the non-feeding element.
  • the gain in the + X direction is higher than that of the vehicle roof embedded antenna device 200 (broken line 402) without 104.
  • the vehicle roof embedded antenna device 100 (solid line 401) having the non-feeding element 104 shown in FIG. 1 has the narrowest half-value angle. This can be compensated for by increasing the number of sectors. For example, the number of sectors of the vehicle roof embedded antenna device 100 shown in FIG. 1 is 4, but this can be supplemented by increasing the number of sectors to 5, 6, 7, and the like.
  • FIG. 5 shows a diagram in which the vehicle roof embedded antenna device 100 shown in FIG. 1 is mounted on the vehicle 50. An embodiment in which the vehicle roof embedded antenna device 100 is attached to the vehicle roof 1 is shown. It can be seen that the vehicle roof embedded antenna device 100 does not protrude from the vehicle roof 1.
  • the vehicle roof embedded antenna device 100 is embedded in the recess 2 of the vehicle roof 1 and is elevated with respect to the horizontal plane (XY surface) along the recess 2 of the vehicle roof 1.
  • the non-feeding element 104 is arranged substantially on the central axis of the 4-sector antenna.
  • the antenna element may be any one that transmits and receives electromagnetic waves at a desired frequency.
  • the antenna element may be a linear antenna, a loop-shaped antenna, or the like, or may be a combination thereof. Therefore, the antenna element is not limited to the patch antenna composed of the dielectric substrate.
  • a patch antenna composed of a dielectric substrate has the advantage that an antenna device can be easily and inexpensively realized.
  • the tilt angle ⁇ may be any one that obtains desired radiation directivity. Therefore, the tilt angle ⁇ is not limited to 30 degrees.
  • the tilt angle ⁇ may be increased within a range in which the non-feeding element does not protrude from the vehicle roof, which is also desirable from the viewpoint of suppressing a decrease in horizontal gain.
  • the number of sectors may be any number as long as communication is established with a base station or access point that emits radio waves to be received. Therefore, the number of sectors may be less than or greater than 4, and is not limited to 4. Also, the spacing between the sequences is not limited. It is desirable to increase the number of sectors in order to increase the coverage of the horizontal plane, but if it is to cover a specific direction of the horizontal plane, the number of antennas may be one even if the sector configuration is not used.
  • the case where the number of the non-feeding elements 104 is 1 and the elements are arranged on the central axis of the sector antenna arrangement has been described. It is preferable to arrange the non-feeding element 104 at a position higher than the horizontal plane on which the antenna element is located from the viewpoint of suppressing a decrease in the gain of the horizontal plane. Any position may be used as long as the position suppresses the decrease. Therefore, the number of non-feeding elements is not limited to 1, and the arrangement is not limited to the central axis of the array of sector antennas.
  • one non-feeding element can be obtained.
  • a configuration in which the antennas are arranged on the central axis of the array of sector antennas can be one of the effective candidates for a simple configuration.
  • This disclosure can be realized by software, hardware, or software linked with hardware.
  • Each functional block used in the description of the above embodiment is partially or wholly realized as an LSI which is an integrated circuit, and each process described in the above embodiment is partially or wholly. It may be controlled by one LSI or a combination of LSIs.
  • the LSI may be composed of individual chips, or may be composed of one chip so as to include a part or all of the functional blocks.
  • the LSI may include data input and output.
  • LSIs may be referred to as ICs, system LSIs, super LSIs, and ultra LSIs depending on the degree of integration.
  • the method of making an integrated circuit is not limited to LSI, and may be realized by a dedicated circuit, a general-purpose processor, or a dedicated processor. Further, an FPGA (Field Programmable Gate Array) that can be programmed after the LSI is manufactured, or a reconfigurable processor that can reconfigure the connection and settings of the circuit cells inside the LSI may be used.
  • FPGA Field Programmable Gate Array
  • the present disclosure may be realized as digital processing or analog processing.
  • Non-limiting examples of communication devices include telephones (mobile phones, smartphones, etc.), tablets, personal computers (PCs) (laptops, desktops, notebooks, etc.), cameras (digital stills / video cameras, etc.). ), Digital players (digital audio / video players, etc.), wearable devices (wearable cameras, smart watches, tracking devices, etc.), game consoles, digital book readers, telehealth telemedicines (remote health) Care / medicine prescription) devices, vehicles with communication functions or mobile transportation (automobiles, airplanes, ships, etc.), and combinations of the above-mentioned various devices can be mentioned.
  • communication devices include telephones (mobile phones, smartphones, etc.), tablets, personal computers (PCs) (laptops, desktops, notebooks, etc.), cameras (digital stills / video cameras, etc.). ), Digital players (digital audio / video players, etc.), wearable devices (wearable cameras, smart watches, tracking devices, etc.), game consoles, digital book readers, telehealth telemedicines (
  • Communication devices are not limited to those that are portable or mobile, but are all types of devices, devices, systems that are not portable or fixed, such as smart home devices (home appliances, lighting equipment, smart meters or Includes measuring instruments, control panels, etc.), vending machines, and any other "Things” that can exist on the IoT (Internet of Things) network.
  • smart home devices home appliances, lighting equipment, smart meters or Includes measuring instruments, control panels, etc.
  • vending machines and any other “Things” that can exist on the IoT (Internet of Things) network.
  • Communication includes data communication using a combination of these, in addition to data communication using a cellular system, wireless LAN system, communication satellite system, etc.
  • the communication device also includes a device such as a controller or a sensor that is connected or connected to a communication device that executes the communication function described in the present disclosure.
  • a device such as a controller or a sensor that is connected or connected to a communication device that executes the communication function described in the present disclosure.
  • it includes controllers and sensors that generate control and data signals used by communication devices that perform the communication functions of the communication device.
  • Communication devices also include infrastructure equipment that communicates with or controls these non-limiting devices, such as base stations, access points, and any other device, device, or system. ..
  • the antenna device in the present disclosure includes an antenna element arranged in a recess on the exterior of the moving body, and a non-feeding element whose center is arranged at a position higher than the horizontal plane in which the center of the antenna element is located in the recess. ..
  • the moving body is a vehicle, and the recess is provided on the roof of the vehicle.
  • the antenna element is a patch antenna configured by using a dielectric substrate.
  • the antenna element is tilted in the elevation direction with respect to the horizontal plane.
  • a plurality of the antenna elements are arranged so as to surround the center of the bottom of the recess to form a sector configuration.
  • the non-feeding element is arranged on the central axis of the sector configuration.
  • the non-feeding element has a rod-like shape.
  • the non-feeding element is attached to the back surface of a lid portion that covers the recess.
  • the vehicle in the present disclosure includes a recess provided in the roof, an antenna device housed in the recess, and a lid portion covering the recess in which the antenna device is housed.
  • the antenna element is provided with an antenna element arranged in the above and a non-feeding element attached to the back surface of the lid or the recess, and the non-feeding element is the antenna element when the recess is covered by the lid.
  • the center is located higher than the horizontal plane in which the center is located.
  • the present disclosure is applicable to, for example, an antenna device embedded in the roof of a vehicle.

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Abstract

アンテナ装置は、移動体の外装の凹部2に配置されたアンテナ素子と、前記凹部において前記アンテナ素子の中心が位置する水平面よりも高い位置に中心が配置された無給電素子と、を備える。アンテナ装置は、さらに、前記移動体は、車両であり、前記凹部は、前記車両のルーフ1に設けられてもよい。

Description

アンテナ装置及び車両
 本開示は、アンテナ装置及び車両に関する。
 車両のルーフ(屋根)にアンテナ装置を埋め込むことで、ルーフからのアンテナ装置の突起を無くして車両外観の美観を損なわない技術の開発が進められている。
 例えば、特許文献1には、ルーフに設けた窪み(別言すると、凹状のアンテナ収納部)を設け、該アンテナ収納部内にアンテナ装置を収納し、アンテナ収納部をルーフの一部を構成する収納蓋により閉塞することが開示される。このような構成により、車体外に突出する部分を有さず、車両のデザインを損なわないと共にアンテナの折損を防止できる。
特開2003-017916号公報
 しかしながら、特許文献1に開示されたアンテナ装置は、例えば、車両ルーフに埋め込んだ際の性能(又は特性)が低下し得ることについての検討が不十分である。
 本開示は、例えば、移動体の外装に埋め込まれたアンテナ装置の性能又は特性が低下することを抑制可能な技術を提供する。
 本開示におけるアンテナ装置は、移動体の外装の凹部に配置されたアンテナ素子と、前記凹部において前記アンテナ素子の中心が位置する水平面よりも高い位置に中心が配置された無給電素子と、を備える。
 なお、これらの包括的又は具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム、又は、記録媒体で実現されてもよく、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラム及び記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
 本開示の一態様によれば、アンテナ装置が移動体の外装に埋め込まれた場合に、アンテナ装置の性能又は特性の低下を抑制できる。
 本開示の一実施例における更なる利点及び効果は、明細書及び図面から明らかにされる。かかる利点及び/又は効果は、いくつかの実施形態並びに明細書及び図面に記載された特徴によってそれぞれ提供されるが、1つ又はそれ以上の同一の特徴を得るために必ずしも全てが提供される必要はない。
本開示の一実施の形態に係る車両ルーフ埋込アンテナ装置の構成の一例を示す(a)斜視図及び(b)断面図 本開示の一実施の形態に係る車両ルーフ埋込アンテナ装置の比較対象とする車両ルーフ埋込アンテナ装置の構成を示す(a)斜視図及び(b)断面図 本開示の一実施の形態に係る車両ルーフ埋込アンテナ装置の比較対象とする車両ルーフ突出アンテナ装置の構成を示す(a)斜視図及び(b)断面図 本開示の一実施の形態に係る車両ルーフ埋込アンテナ装置の放射パターンの一例を示す図 本開示の一実施の形態に係る車両ルーフ埋込アンテナ装置を実装した車両の一例を示す側面図
 以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
 なお、添付図面及び以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために、提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。
 (一実施の形態)
 以下、図1~図5を用いて、本開示の一実施の形態を説明する。
 [1.構成]
 図1は、本開示の一実施の形態に係る車両ルーフ埋込アンテナ装置の構成の一例を示す図であり、図1(a)は斜視図であり、図1(b)はXZ断面図である。図1~図5において、X方向は、車両の前後の長さ方向(+Xが前、-Xが後)であり、Y方向は、車両の左右の幅の方向であり、Z方向は、車両の上下の高さ方向を指している。本明細書において、車両は、移動体(又はモビリティ)の一例であって、自動車、電車、あるいは小型の電動車両が含まれてよい。小型の電動車両の非限定的な一例としては、電動立ち乗り二輪車、電動カート、電動台車、又は、電動ベビーカートが挙げられる。
 図1を参照して、車両ルーフ埋込アンテナ装置100は、車両ルーフ1の凹部2に埋め込んで使用される。車両ルーフ1は導電性金属に塗装が施されていてもよいし、金属製であってもよい。車両ルーフ1の凹部2は複数の平面からなる場合を示しているが、曲面又は平面と曲面の組み合わせであってもよく、導電性金属である必要はない。
 誘電体基板101-k(k=1,2,3又は4)の表面にはパッチアンテナ素子102-k(k=1,2,3又は4)が配置され、裏面にはGND(図示せず)が形成される。パッチアンテナ素子102-k(k=1,2,3又は4)はその1辺が例えば誘電体基板101-k(k=1,2,3又は4)の誘電率による波長短縮を考慮した実効波長で半波長の正方形の導体である。GNDはその1辺が自由空間波長の半波長よりも大きい正方形の導体である。
 パッチアンテナは、平面アンテナの一種であり、マイクロストリップアンテナとも呼ばれる。
 例えば、使用する電波が28GHzの場合では、パッチアンテナ素子102-k(k=1,2,3又は4)の1辺は2.5mm程度であり、GNDの1辺は6mm程度以上で10mm程度あれば十分である。
 誘電体基板101-k(k=1,2,3又は4)は、例えば、車両ルーフ1の凹部2の傾斜部に、車両ルーフ1の凹部2の底部中心を取り囲むように(別言すると、放射状に)並べて配置される。車両ルーフ1の凹部2の傾斜部は、車両ルーフ1の凹部2の底部が位置する水平面(XY面)に対して、例えば、エレベーション(仰角)方向のチルト(傾斜)角αを有する。チルト角αは、非限定的な一例として、チルト(傾斜)角α=30度である。個々の誘電体基板101-k(k=1,2,3又は4)におけるパッチアンテナは、セクターアンテナに該当してよい。別言すると、4つのパッチアンテナによって4セクターアンテナが構成されてよい。なお、車両ルーフ1の凹部2の傾斜部において互いに向かい合うセクターアンテナを成すパッチアンテナ素子102間の距離は、例えば、18mm程度である。これは、所望の指向性を得るために、後述の無給電素子も含めた位置関係によって決まる。
 給電点103-k(k=1,2,3又は4)は、無線回路との整合が得られる位置に設けられる。
 無給電素子104は、4セクターアンテナのほぼ中心軸、例えば、対向する2つのセクターアンテナのそれぞれからほぼ等距離に配置される導体である。パッチアンテナ素子102-k(k=1,2,3又は4)の中心が位置する水平面21よりも高い位置に無給電素子104の中心を配置する。また、無給電素子104は、車両ルーフ1の凹部2の底面とは接触せず、所定の距離を隔てて配置され、その長さは半波長よりも短く設定する。なお、無給電素子104は、車両ルーフ1の凹部2を覆う樹脂カバー(図示せず)と一体化してもよいし、車両ルーフ1の凹部2のどこか、例えば底部に底部から所定の距離を離して固定してもよい。
 [2.動作]
 以上のように構成された車両ルーフ埋込アンテナ装置100について、その動作の一例を図2及び図3に記載した比較対象のアンテナ装置の動作と比較して以下で説明する。
 図2は、本開示の一実施の形態に係る車両ルーフ埋込アンテナ装置100との比較対象とする車両ルーフ埋込アンテナ装置200の構成を示す図である。図2(a)は車両ルーフ埋込アンテナ装置200の斜視図であり、図2(b)はその断面図である。
 図1に示した車両ルーフ埋込アンテナ装置100と、図2に示す車両ルーフ埋込アンテナ装置200の相違点は、無給電素子104の有無である。例えば、図1の車両ルーフ埋込アンテナ装置100には、無給電素子104が設けられるのに対し、図2の車両ルーフ埋込アンテナ装置200には、無給電素子が設けられない。
 図2には、図1と同様に4つのセクターから構成される4セクターアンテナが記載されているが、各セクターの構成は同じであるので、図2に関しては、前側のセクターに着目して説明する。誘電体基板201-1の表面にはパッチアンテナ素子202-1が配置され、裏面にはGND(図示せず)が形成されており、給電点203-1も設けられている。誘電体基板201-1は車両ルーフ1の凹部2に沿って水平面(XY面)に対してエレベーション(仰角)方向に例えば、チルト(傾斜)角α=30度で設置したものを放射状に配置され、4セクターアンテナを構成する。
 図3は、本開示の一実施の形態に係る車両ルーフ埋込アンテナ装置100との別の比較対象とする車両ルーフ突出アンテナ装置300の構成を示す図である。図3(a)は車両ルーフ突出アンテナ装置300の斜視図であり、図3(b)はその断面図である。車両ルーフ突出アンテナ装置300は車両ルーフ1の凸部3に沿って4セクターアンテナを構成している。図1に示した車両ルーフ埋込アンテナ装置100は、アンテナ装置100が車両ルーフ1の面の下にある(別言すると、ルーフ面から突出していない)例である。これに対し、図3に示した車両ルーフ突出アンテナ装置300は、アンテナ装置300が車両ルーフ1の面の上に突き出た形で形成される。したがって、図3に示した車両ルーフ突出アンテナ装置300では、車両ルーフ1からアンテナ装置300が突出しているので、車両の外観の美観が損なわれる。
 図3には、図1と同様に4つのセクターから構成される4セクターアンテナが記載されているが、各セクターの構成は同じでよいので、図3に関しては、前側のセクターに着目して説明する。誘電体基板301-1の表面にはパッチアンテナ素子302-1が配置され、裏面にはGND(図示せず)が形成され、給電点303-1が設けられている。誘電体基板301-1は車両ルーフ1の凸部3に沿って水平面(XY面)に対してエレベーション(仰角)方向に例えば、チルト(傾斜)角α=30度で設置したものを放射状に配置され、4セクターアンテナを構成する。
 図4は、図1~図3に記載した各アンテナ装置100、200、300の放射パターン図の一例であり、図4(a)はXZ面での各アンテナ装置の放射パターンであり、図4(b)はXY面での各アンテナ装置の放射パターン図である。図4(a)及び図4(b)において、動作利得(感度)は単位dBiで示される。
 図4(a)及び図4(b)に記載された実線401は図1に記載の車両ルーフ埋込アンテナ装置100のパッチアンテナ素子102の放射パターンを示す。図4(a)及び図4(b)の破線402は図2に記載の車両ルーフ埋込アンテナ装置200のパッチアンテナ素子202の放射パターンを示す。図4(a)及び図4(b)の一点鎖線403は図3に記載の車両ルーフ突出アンテナ装置300のパッチアンテナ素子302の放射パターンを示す。
 各放射パターンはGND(図示せず)が車両ルーフ1、凹部2又は凸部3に接地された場合の特性を示す。
 まず、図4(a)の+X方向(例えば、車両の前方方向)(Z=0)の利得に着目する。この中で最も利得が高いのは、図3に記載の車両ルーフ突出アンテナ装置300(一点鎖線403)であり、車両ルーフ1から突き出ているので車両ルーフ1の影響が比較的小さいためである。この中で最も利得が低いのは、図2に記載の無給電素子104のない車両ルーフ埋込アンテナ装置200(破線402)であり、車両ルーフに埋め込まれ、且つ無給電素子も無いので車両ルーフ1の影響が最も大きいためである。
 無給電素子104を備えた図1に記載の車両ルーフ埋込アンテナ装置100(実線401)は、車両ルーフ突出アンテナ装置300(一点鎖線403)と比べると+X方向の利得は低いが、無給電素子104を備えない車両ルーフ埋込アンテナ装置200(破線402)と比べると+X方向の利得は高い。その理由は図1に記載の車両ルーフ埋込アンテナ装置100に設けられた無給電素子104が導波素子として動作するためである。なお、無給電素子104は4つの全てのパッチアンテナ素子102-k(k=1,2,3又は4)から見てほぼ等距離に存在するため、これらの4つのパッチアンテナ素子に対して同様に導波素子として動作する。
 次に、図4(b)に表された水平面(XY面)の利得に着目する。ここで+Xが車両の前方方向であり、Yは、車両の幅方向を示す。図1に記載の無給電素子104のある車両ルーフ埋込アンテナ装置100(実線401)は、最も半値角が狭い。これはセクター数を増加することで補うことができる。例えば、図1に記載の車両ルーフ埋込アンテナ装置100のセクター数は4であるが、このセクター数を5,6,7などと増やすことによって補うことができる。
 図5は、図1に示した車両ルーフ埋込アンテナ装置100を車両50に実装した図を示す。車両ルーフ埋込アンテナ装置100が車両ルーフ1に取り付けられている一態様が示されている。車両ルーフ埋込アンテナ装置100は、車両ルーフ1から突出していないことが分かる。
 [3.効果等]
 以上のように、本実施の形態において、車両ルーフ埋込アンテナ装置100は、車両ルーフ1の凹部2に埋め込まれ、車両ルーフ1の凹部2に沿って水平面(XY面)に対してエレベーション(仰角)方向にチルト(傾斜)角α=30度で設置したものを放射状に配置し、4セクターアンテナを構成する。無給電素子104は、4セクターアンテナのほぼ中心軸に配置する。
 図5を参照して説明したように、このような構成により、車両ルーフからの突起がないために車両の外観の美観が損なわれず、車両ルーフに埋め込んでも水平面の利得低下を抑制することができる。
 (他の実施の形態)
 以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用できる。また、上記実施の形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。
 そこで、以下、他の実施の形態を例示する。
 実施の形態では、アンテナ素子の一例として誘電体基板101-k(k=1,2,3又は4)で構成したパッチアンテナの場合を説明した。アンテナ素子としては所望の周波数において電磁波を送受信するものであればよい。例えば、アンテナ素子は、線状アンテナやループ状アンテナなどであってもよいし、又はこれらの組み合わせであってもよい。したがって、アンテナ素子は、誘電体基板で構成したパッチアンテナに限定されない。誘電体基板で構成したパッチアンテナであれば容易且つ安価にアンテナ装置を実現できるメリットはある。
 実施の形態では、チルト角αの一例として30度の場合を説明した。チルト角αは、所望の放射指向性を得るものであればよい。したがって、チルト角αは、30度に限定されない。無給電素子が車両ルーフから突出しない範囲でチルト角αは大きくしてよく、水平面利得の低下を抑制する観点でも望ましい。
 実施の形態では、セクター数が4の場合を説明した。セクター数は、受信すべき電波を放射する基地局やアクセスポイントとの間で通信が成立する数であればよい。したがって、セクター数は4より小さくても大きくてもよく、4に限定されない。また配列の間隔も限定されない。水平面のカバー率を高めるにはセクター数を増やす方が望ましいが、水平面の特定方向をカバーするためであればセクター構成とせずともアンテナ数は1つであってもよい。
 実施の形態では、無給電素子104の本数が1であって、セクターアンテナの配列の中心軸に配置する場合を説明した。無給電素子104はアンテナ素子の位置する水平面よりも高い位置に配置することが水平面の利得低下を抑制する点で好ましいが、無給電素子の本数や水平面の配置位置は、車両ルーフによる水平面の利得低下を抑制する位置であればよい。したがって、無給電素子の本数は1に限定されず、配置もセクターアンテナの配列の中心軸に限定されない。ただし、1本の無給電素子をセクターアンテナの配列の中心軸に配置する構成がセクターアンテナの各要素にとって水平面の利得低下を抑制する点で同等の効果が得られるため、1本の無給電素子をセクターアンテナの配列の中心軸に配置する構成は簡素な構成の有効な候補の1つとなりうる。
 本開示はソフトウェア、ハードウェア、又は、ハードウェアと連携したソフトウェアで実現することが可能である。
 上記実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、部分的に又は全体的に、集積回路であるLSIとして実現され、上記実施の形態で説明した各プロセスは、部分的に又は全体的に、一つのLSI又はLSIの組み合わせによって制御されてもよい。LSIは個々のチップから構成されてもよいし、機能ブロックの一部又は全てを含むように一つのチップから構成されてもよい。LSIはデータの入力と出力を備えてもよい。LSIは、集積度の違いにより、IC、システムLSI、スーパーLSI、ウルトラLSIと呼称されることもある。
 集積回路化の手法はLSIに限るものではなく、専用回路、汎用プロセッサ又は専用プロセッサで実現してもよい。また、LSI製造後に、プログラムすることが可能なFPGA(Field Programmable Gate Array)や、LSI内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。本開示は、デジタル処理又はアナログ処理として実現されてもよい。
 さらには、半導体技術の進歩又は派生する別技術によりLSIに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適用等が可能性としてありえる。
 本開示は、通信機能を持つあらゆる種類の装置、デバイス、システム(通信装置と総称)において実施可能である。通信装置の、非限定的な例としては、電話機(携帯電話、スマートフォン等)、タブレット、パーソナル・コンピューター(PC)(ラップトップ、デスクトップ、ノートブック等)、カメラ(デジタル・スチル/ビデオ・カメラ等)、デジタル・プレーヤー(デジタル・オーディオ/ビデオ・プレーヤー等)、着用可能なデバイス(ウェアラブル・カメラ、スマートウオッチ、トラッキングデバイス等)、ゲーム・コンソール、デジタル・ブック・リーダー、テレヘルス・テレメディシン(遠隔ヘルスケア・メディシン処方)デバイス、通信機能付きの乗り物又は移動輸送機関(自動車、飛行機、船等)、及び上述の各種装置の組み合わせがあげられる。
 通信装置は、持ち運び可能又は移動可能なものに限定されず、持ち運びできない又は固定されている、あらゆる種類の装置、デバイス、システム、例えば、スマート・ホーム・デバイス(家電機器、照明機器、スマートメーター又は計測機器、コントロール・パネル等)、自動販売機、その他IoT(Internet of Things)ネットワーク上に存在し得るあらゆる「モノ(Things)」をも含む。
 通信には、セルラーシステム、無線LANシステム、通信衛星システム等によるデータ通信に加え、これらの組み合わせによるデータ通信も含まれる。
 また、通信装置には、本開示に記載される通信機能を実行する通信デバイスに接続又は連結される、コントローラやセンサー等のデバイスも含まれる。例えば、通信装置の通信機能を実行する通信デバイスが使用する制御信号やデータ信号を生成するような、コントローラやセンサーが含まれる。
 また、通信装置には、上記の非限定的な各種装置と通信を行う、あるいはこれら各種装置を制御する、インフラストラクチャ設備、例えば、基地局、アクセスポイント、その他あらゆる装置、デバイス、システムが含まれる。
 なお、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲又はその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
<本開示のまとめ>
 本開示におけるアンテナ装置は、移動体の外装の凹部に配置されたアンテナ素子と、前記凹部において前記アンテナ素子の中心が位置する水平面よりも高い位置に中心が配置された無給電素子と、を備える。
 本開示のアンテナ装置において、前記移動体は、車両であり、前記凹部は、前記車両のルーフに設けられる。
 本開示のアンテナ装置において、前記アンテナ素子は、誘電体基板を用いて構成されたパッチアンテナである。
 本開示のアンテナ装置において、前記アンテナ素子は、前記水平面に対してエレベーション方向にチルトされている。
 本開示のアンテナ装置において、複数の前記アンテナ素子が、前記凹部の底部中心を取り囲んで配置されてセクター構成を成す。
 本開示のアンテナ装置において、前記無給電素子は、前記セクター構成の中心軸に配置される。
 本開示のアンテナ装置において、前記無給電素子は、棒状の形状である。
 本開示のアンテナ装置において、前記無給電素子は、前記凹部をカバーする蓋部の裏面に取り付けられる。
 本開示における車両は、ルーフに設けられた凹部と、前記凹部に収容されたアンテナ装置と、前記アンテナ装置が収容された前記凹部をカバーする蓋部と、を備え、前記アンテナ装置は、前記凹部に配置されたアンテナ素子と、前記蓋部の裏面又は前記凹部に取り付けられた無給電素子と、を備え、前記無給電素子は、前記凹部が前記蓋部によってカバーされた場合に、前記アンテナ素子の中心が位置する水平面よりも高い位置に中心が位置する。
 2019年10月2日出願の特願2019-182438の日本出願に含まれる明細書、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。
 本開示は、例えば車両のルーフに埋め込むアンテナ装置に適用可能である。
 1 車両ルーフ
 2 凹部
 3 凸部
 21 水平面
 50 車両
 100 車両ルーフ埋込アンテナ装置
 101-1 誘電体基板
 101-2 誘電体基板
 101-3 誘電体基板
 101-4 誘電体基板
 102-1 パッチアンテナ素子
 102-2 パッチアンテナ素子
 102-3 パッチアンテナ素子
 102-4 パッチアンテナ素子
 103-1 給電点
 103-2 給電点
 103-3 給電点
 103-4 給電点
 104 無給電素子
 200 車両ルーフ埋込アンテナ装置
 201-1 誘電体基板
 202-1 パッチアンテナ素子
 203-1 給電点
 300 車両ルーフ突出アンテナ装置
 301-1 誘電体基板
 302-1 パッチアンテナ素子
 303-1 給電点

Claims (9)

  1.  移動体の外装の凹部に配置されたアンテナ素子と、
     前記凹部において前記アンテナ素子の中心が位置する水平面よりも高い位置に中心が配置された無給電素子と、
     を備えるアンテナ装置。
  2.  前記移動体は、車両であり、前記凹部は、前記車両のルーフに設けられた、
     請求項1に記載のアンテナ装置。
  3.  前記アンテナ素子は、誘電体基板を用いて構成されたパッチアンテナである、
     請求項1に記載のアンテナ装置。
  4.  前記アンテナ素子は、前記水平面に対してエレベーション方向にチルトされている、
     請求項1に記載のアンテナ装置。
  5.  複数の前記アンテナ素子が、前記凹部の底部中心を取り囲んで配置されてセクター構成を成す、
     請求項1に記載のアンテナ装置。
  6.  前記無給電素子は、前記セクター構成の中心軸に配置される、
     請求項5に記載のアンテナ装置。
  7.  前記無給電素子は、棒状の形状である、
     請求項1に記載のアンテナ装置。
  8.  前記無給電素子は、前記凹部をカバーする蓋部の裏面に取り付けられた、
     請求項1に記載のアンテナ装置。
  9.  ルーフに設けられた凹部と、
     前記凹部に収容されたアンテナ装置と、
     前記アンテナ装置が収容された前記凹部をカバーする蓋部と、を備え、
     前記アンテナ装置は、
     前記凹部に配置されたアンテナ素子と、
     前記蓋部の裏面又は前記凹部に取り付けられた無給電素子と、を備え、
     前記無給電素子は、前記凹部が前記蓋部によってカバーされた場合に、前記アンテナ素子の中心が位置する水平面よりも高い位置に中心が位置する、
     車両。
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