WO2021193506A1 - アンテナ装置 - Google Patents

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WO2021193506A1
WO2021193506A1 PCT/JP2021/011658 JP2021011658W WO2021193506A1 WO 2021193506 A1 WO2021193506 A1 WO 2021193506A1 JP 2021011658 W JP2021011658 W JP 2021011658W WO 2021193506 A1 WO2021193506 A1 WO 2021193506A1
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WO
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conductor
degrees
antenna element
dipole antenna
antenna device
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PCT/JP2021/011658
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English (en)
French (fr)
Inventor
正登 土屋
Original Assignee
Ｎｅｃプラットフォームズ株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/16—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole
    • H01Q9/28—Conical, cylindrical, cage, strip, gauze, or like elements having an extended radiating surface; Elements comprising two conical surfaces having collinear axes and adjacent apices and fed by two-conductor transmission lines
    • H01Q9/285—Planar dipole
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/16—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole
    • H01Q9/28—Conical, cylindrical, cage, strip, gauze, or like elements having an extended radiating surface; Elements comprising two conical surfaces having collinear axes and adjacent apices and fed by two-conductor transmission lines
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/06—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using refracting or diffracting devices, e.g. lens
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/30—Arrangements for providing operation on different wavebands
    • H01Q5/378—Combination of fed elements with parasitic elements

Definitions

  • the present invention relates to an antenna device.
  • wireless products have been expanding from humans to things at high speed.
  • wireless products are expanding to cars / vending machines / trains / factory monitoring systems and the like.
  • GPS which can know the location information
  • how many wireless products can catch radio waves from the sky is an important selling point of the products.
  • the direction of the base station / the direction of the terminal is constantly changing, and it is not known where the radio waves come from, so it is common to use an omnidirectional antenna.
  • GPS Global Positioning System
  • the antenna has a directivity that aims only at the sky.
  • Patent Document 1 includes a linear feeding antenna element and a plurality of linear non-feeding antenna elements, and the non-feeding antenna elements are arranged at positions and directions where they intersect with the feeding antenna element in a non-contact manner. At the same time, an antenna is described in which the intersecting portion is bent so as to be parallel to the feeding antenna element.
  • the patch-type GPS antenna is mounted flat and has directivity in the sky, it has to be mounted so, and the mounting area becomes large. Further, there is a drawback that it is expensive because it has a different configuration from the communication device main body.
  • the antenna device has a small mounting area and a sufficient gain can be obtained, which is expensive because the configuration is different from that of the communication device main body.
  • the purpose of the present disclosure is to provide an antenna device that can be realized at low cost and can solve the problem of minimizing the mounting area in view of the above-mentioned problems.
  • the antenna device of one embodiment includes a mounting board having a circuit for processing a radio signal, a dipole antenna element arranged on the mounting board and receiving the radio signal, and a first conductor parallel to the dipole antenna element.
  • the second conductor is connected at an angle greater than 0 degrees and less than 180 degrees, and at the second end of the first conductor, at an angle greater than 0 degrees and less than 180 degrees. It has a third conductor to be connected, and at least the end of the second conductor is provided with a non-feeding element located in the vicinity of the dipole antenna element.
  • the antenna device of one embodiment includes a mounting board having a circuit for processing a radio signal, a dipole antenna element arranged on the mounting board and receiving the radio signal, and a first conductor parallel to the dipole antenna element.
  • the second conductor connected at the first end of the first conductor at an angle greater than 0 degrees and less than 180 degrees, and the second conductor connected at the end of the second conductor at an angle greater than 0 degrees and less than 180 degrees. It has three conductors, and at least the end of the second conductor and the non-feeding element in which the third conductor is located in the vicinity of the dipole antenna element are provided.
  • FIG. It is a perspective view which shows the schematic structure of the antenna device which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a perspective view which shows the schematic structure of the antenna device which concerns on Embodiment 2.
  • FIG. It is a figure which shows the directivity of the antenna device which concerns on Embodiment 2.
  • FIG. It is a figure which shows the example which mounted the dipole antenna on the mounting board. It is a figure which shows the directivity of a dipole antenna.
  • FIG. It is a perspective view which shows the schematic structure of the antenna device which concerns on Embodiment 3.
  • FIG. It is a perspective view which shows the schematic structure of the antenna device which concerns on Embodiment 4.
  • FIG. It is a perspective view which shows the schematic structure of the antenna device which concerns on Embodiment 5.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of the antenna device according to the first embodiment.
  • the antenna device 100 includes a dipole antenna element 101, a non-feeding antenna element 102, and a mounting board 103.
  • the dipole antenna element 101 is arranged on the mounting board 103 and receives a radio signal.
  • the dipole antenna element 101 is an antenna element in which two linear conducting wires are symmetrically attached.
  • the non-feeding antenna element 102 includes a first conductor 121 parallel to the dipole antenna element 101, and a second conductor 122 connected at the first end of the first conductor 121 at an angle greater than 0 degrees and smaller than 180 degrees. It has a third conductor 123 connected at the second end of the first conductor at an angle greater than 0 degrees and smaller than 180 degrees. Then, at least the end of the second conductor 122 is located in the vicinity of the dipole antenna element 101.
  • the mounting board 103 has a circuit for processing a radio signal received by the dipole antenna element 101.
  • the antenna device of the first embodiment it can be realized at low cost and the mounting area can be minimized.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a schematic configuration of the antenna device according to the second embodiment.
  • the antenna device 200 includes a dipole antenna element 201, a non-feeding antenna element 202, and a mounting board 203.
  • the dipole antenna element 201 is an antenna element in which two linear conducting wires are symmetrically attached to a feeding point.
  • the two linear conductors of the dipole antenna element 201 are arranged at positions separated from the mounting substrate 203.
  • the two linear conductors of the dipole antenna element 201 are connected to the circuit of the mounting board 203 from the feeding point.
  • the dipole antenna element 201 is arranged on the mounting board 203 and receives a radio signal.
  • the radio signal is, for example, a positioning signal.
  • the non-feeding antenna element 202 includes three linear first conductors 221 and second conductors 222 and third conductors 223.
  • the first conductor 221 and the second conductor 222 are connected at the first end of the first conductor 221 on the LW surface at an angle larger than 0 degrees and smaller than 180 degrees.
  • the angle formed by the first conductor 221 and the second conductor 222 on the LW surface is preferably 90 degrees.
  • first conductor 221 and the third conductor 223 are connected at the second end of the first conductor 221 at an angle larger than 0 degrees and smaller than 180 degrees on the LW surface.
  • the angle between the first conductor 221 and the third conductor 223 on the LW surface is preferably 90 degrees.
  • the non-feeding antenna element 202 is a non-feeding antenna element that is not connected to the circuit of the mounting board 203.
  • the non-feeding antenna element 202 is arranged parallel to one side of the mounting board 203 at a position separated from the first conducting wire 221 mounting board 203.
  • the second conductor 222 and the third conductor 223 have one end connected to the end of the first conductor 221 and the other end arranged in the vicinity of the dipole antenna element 201.
  • the distance between the ends of the second conductor 222 and the third conductor 223 and the dipole antenna element 201 is preferably within 1/20 of the wavelength of the target frequency.
  • the arrangement in the vicinity thereof is that the second conductor 222 and the third conductor 223 are positioned so that their respective ends are spatially coupled to the dipole antenna element 201. In order to spatially couple, it is necessary to bring them close to each other at the end points of the antenna, that is, the portion where the high frequency current flowing through the antenna is small and the voltage is large. Further, also in the dipole antenna, the feeding side (in the case of the device 200, the conducting wire 222) needs to meet the above condition.
  • the extending direction of the third conducting wire 223 is parallel to the extending direction of the second conducting wire 222.
  • the total length of the non-feeding antenna element 202 is preferably 1/2 of the received radio signal wavelength, that is, a so-called half wavelength.
  • the mounting board 203 is a board that is connected to the dipole antenna element 201 and has a circuit that processes the radio signal received by the dipole antenna element 201.
  • the mounting board 203 may be a printed circuit board having a circuit for measuring the position of its own device from a positioning signal (for example, GNSS: Global Navigation Satellite System signal). Since the mounting board 203 is not connected to the non-feeding antenna element 202, the non-feeding antenna element 202 acts as a non-feeding antenna element.
  • the mounting board 203 may have, for example, a square metal layer formed for GND on one surface of the mounting board 203.
  • the metal layer for GND becomes a layer having a reference potential. Further, the metal layer for GND may be formed in any layer of the laminated substrate.
  • the antenna device 200 is different from the case of only the dipole antenna in that it has the non-contact non-feeding element shown in FIG. As shown in FIG. 2, the tip of the dipole antenna element 201 and the tip of the non-feeding antenna element 202 are spatially coupled.
  • FIG. 3 is a diagram showing the directivity of the antenna device according to the second embodiment.
  • FIG. 3 shows the directivity of the antenna device 200 on the vertical plane (HL plane of FIG. 2).
  • FIG. 4 is a diagram showing an example in which a dipole antenna is mounted on a mounting board.
  • the dipole antenna device 400 includes a dipole antenna element 401 and a mounting board 402.
  • FIG. 5 is a diagram showing the directivity of the dipole antenna.
  • FIG. 5 shows the directivity of the dipole antenna compared with the antenna device 200 on the vertical plane (HL plane of FIG. 4).
  • the antenna device 200 has a wider reception range than the dipole antenna.
  • the antenna radiation performance of the antenna device 200 is improved as compared with the dipole antenna of FIG. This is because the high-frequency current, which is the source of radio waves, flows through the non-contact non-feeding element due to spatial coupling, and the radiation efficiency of radio waves is improved.
  • the non-contact non-feeding antenna element can be any metal physical property and the cost can be suppressed.
  • the antenna device of the second embodiment it can be realized at low cost and the mounting area can be minimized.
  • the non-feeding antenna element 202 can be mounted on the back side of the housing, insert molding inside the housing, or pasting outside the housing.
  • FIG. 6 is a perspective view showing a schematic configuration of the antenna device according to the third embodiment.
  • the antenna device 600 includes a dipole antenna element 201, a non-feeding antenna element 602, and a mounting board 203.
  • the same configurations as those in FIG. 2 are given the same numbers, and the description thereof will be omitted.
  • the non-feeding antenna element 602 includes three linear first conductors 621, second conductors 622, and third conductors 623.
  • the extending direction of the third conducting wire 623 is perpendicular to the extending direction of the second conducting wire 622.
  • the extending direction of the second conductor 622 is perpendicular to the mounting substrate 203.
  • the extending direction of the third conductor 623 is parallel to the mounting substrate 203.
  • the first conductor 621 and the second conductor 622 are connected at the first end of the first conductor 621 on the LW surface at an angle larger than 0 degrees and smaller than 180 degrees.
  • the angle formed by the first conductor 621 and the second conductor 622 on the LW surface is preferably 90 degrees.
  • One end of the second conductor 622 is connected to the end of the first conductor 621, and the other end is arranged in the vicinity of the dipole antenna element 201. That is, each end of the second conductor 622 is positioned so as to be spatially coupled to the dipole antenna element 201.
  • first conductor 621 and the third conductor 623 are connected at the second end of the first conductor 621 on the HW surface at an angle larger than 0 degrees and smaller than 180 degrees.
  • the angle between the first conductor 621 and the third conductor 223 on the HW surface is preferably 90 degrees.
  • the non-feeding antenna element 602 can be mounted on the back side of the housing, insert molding inside the housing, or pasting outside the housing.
  • FIG. 7 is a perspective view showing a schematic configuration of the antenna device according to the fourth embodiment.
  • the antenna device 700 includes a dipole antenna element 201, a non-feeding antenna element 702, and a mounting board 203.
  • the same configurations as those in FIG. 2 are given the same numbers, and the description thereof will be omitted.
  • the non-feeding antenna element 702 includes five linear first conductors 721, second conductors 722, third conductors 723, fourth conductors 724, and fifth conductors 725.
  • one end of the second conductor 722 and the third conductor 723 is connected to the end of the first conductor 721, and the other end is arranged in the vicinity of the dipole antenna element 201. .. That is, the second conductor 722 and the third conductor 723 are positioned so that their respective ends are spatially coupled to the dipole antenna element 201. Then, at least a part of the fourth conductor 724 and the fifth conductor 725 is arranged in the vicinity. Preferably, the entire fourth conductor 724 and the fifth conductor 725 are arranged in the vicinity. That is, the fourth conductor 724 and the entire fifth conductor 725 are positioned so as to be spatially coupled.
  • the first conductor 721 and the second conductor 722 are connected at the first end of the first conductor 721 on the LW surface at an angle larger than 0 degrees and smaller than 180 degrees.
  • the angle formed by the first conductor 721 and the second conductor 722 on the LW surface is preferably 90 degrees.
  • the second conductor 722 and the fourth conductor 724 are connected at the first end of the second conductor 722 on the LW surface at an angle larger than 0 degrees and smaller than 180 degrees.
  • the angle formed by the second conductor 722 and the fourth conductor 724 on the LW surface is preferably 90 degrees. Then, it is preferable that the first conductor 721 and the fourth conductor 724 are parallel to each other on the LW plane.
  • first conductor 721 and the third conductor 723 are connected at the second end of the first conductor 721 on the HW surface at an angle larger than 0 degrees and smaller than 180 degrees.
  • the angle between the first conductor 721 and the third conductor 223 on the HW surface is preferably 90 degrees.
  • the third conductor 722 and the fifth conductor 725 are connected at the first end of the third conductor 722 on the LW surface at an angle larger than 0 degrees and smaller than 180 degrees.
  • the angle formed by the third conductor 722 and the fifth conductor 725 on the LW surface is preferably 90 degrees. Then, it is preferable that the first conductor 721 and the fifth conductor 725 are parallel to each other on the LW plane.
  • the non-feeding antenna element 702 can be mounted on the back side of the housing, insert molding inside the housing, or pasting outside the housing.
  • FIG. 8 is a perspective view showing a schematic configuration of the antenna device according to the fifth embodiment.
  • the antenna device 800 includes a dipole antenna element 201, a non-feeding antenna element 802, and a mounting board 203.
  • the same configurations as those in FIG. 2 are given the same numbers, and the description thereof will be omitted.
  • the non-feeding antenna element 802 includes three linear first conductors 821, second conductors 822, and third conductors 823.
  • one end of the second conductor 822 is connected to the end of the first conductor 721, and the other end is arranged in the vicinity of the dipole antenna element 201. That is, each end of the second conductor 822 is positioned so as to be spatially coupled to the dipole antenna element 201. Then, at least a part of the third conductor 823 is arranged in the vicinity. Preferably, the entire third conductor 823 is arranged in the vicinity. That is, the entire third conductor 823 is positioned so as to be spatially coupled.
  • the first conductor 821 and the second conductor 822 are connected at the first end of the first conductor 821 on the LW surface at an angle larger than 0 degrees and smaller than 180 degrees.
  • the angle formed by the first conductor 821 and the second conductor 822 on the LW surface is preferably 90 degrees.
  • the second conductor 822 and the third conductor 823 are connected at the first end of the second conductor 822 on the LW surface at an angle larger than 0 degrees and smaller than 180 degrees.
  • the angle formed by the second conductor 822 and the third conductor 823 on the LW surface is preferably 90 degrees.
  • it is preferable that the first conductor 821 and the third conductor 823 are parallel to each other on the LW plane.
  • the non-feeding antenna element 802 can be mounted on the back side of the housing, insert molding inside the housing, or pasting outside the housing.
  • FIG. 9 is a perspective view showing a schematic configuration of the antenna device according to the sixth embodiment.
  • the antenna device 900 includes a dipole antenna element 201, a non-feeding antenna element 902, and a mounting board 203.
  • the same configurations as those in FIG. 2 are given the same numbers, and the description thereof will be omitted.
  • the non-feeding antenna element 902 includes three linear first conductors 921, second conductors 922, and third conductors 923.
  • the first conductor 921, the second conductor 922, and the third conductor 923 are planar metal.
  • One end of the second conductor 922 and the third conductor 923 is connected to the end of the first conductor 921, and the other end is arranged in the vicinity of the dipole antenna element 201. That is, the second conductor 922 and the third conductor 923 are positioned so that their respective ends are spatially coupled to the dipole antenna element 201.
  • the main surface of the first conductor 921 is parallel to the mounting board 203.
  • the main surfaces of the second conductor 922 and the third conductor 923 are parallel to the H axis. It is preferable that the main surfaces of the second conductor 922 and the third conductor 923 are perpendicular to the mounting substrate 203.
  • the first conductor 921 and the second conductor 922 are connected at the first end of the first conductor 921 on the LW surface at an angle larger than 0 degrees and smaller than 180 degrees.
  • the angle formed by the first conductor 921 and the second conductor 922 on the LW surface is preferably 90 degrees.
  • first conductor 921 and the third conductor 923 are connected at the second end of the first conductor 921 at an angle larger than 0 degrees and smaller than 180 degrees on the LW surface.
  • the angle between the first conductor 921 and the third conductor 923 on the LW surface is preferably 90 degrees.
  • the non-feeding antenna element 902 is a non-feeding antenna element that is not connected to the circuit of the mounting board 203.
  • the non-feeding antenna element 902 is arranged parallel to one side of the mounting board 203 at a position separated from the first conducting wire 921 mounting board 203.
  • one end of the second conductor 922 and the third conductor 923 is connected to the end of the first conductor 921, and the other end is arranged in the vicinity of the dipole antenna element 201.
  • the second conductor 922 and the third conductor 923 are positioned so that their respective ends are spatially coupled to the dipole antenna element 201.
  • the extending direction of the third conducting wire 923 is parallel to the extending direction of the second conducting wire 922.
  • the non-feeding antenna element 902 can be inserted and fixed to the mounting board 203.
  • FIG. 10 is a perspective view showing a schematic configuration of the antenna device according to the tenth embodiment.
  • the antenna device 1000 includes a dipole antenna element 201, a non-feeding antenna element 1002, and a mounting substrate 103.
  • the same configurations as those in FIG. 2 are given the same numbers, and the description thereof will be omitted.
  • the non-feeding antenna element 1002 includes three linear first conductors 1021, second conductors 1022, and third conductors 1023.
  • the first conductor 1021, the second conductor 1022, and the third conductor 1023 are planar metal.
  • One end of the second conductor 1022 and the third conductor 1023 is connected to the end of the first conductor 1021, and the other end is arranged in the vicinity of the dipole antenna element 201. That is, the second conductor 1022 and the third conductor 1023 are positioned so that their respective ends are spatially coupled to the dipole antenna element 201.
  • the main surfaces of the first conductor 1021, the second conductor 1022, and the third conductor 1023 are arranged parallel to and in the same plane as the mounting substrate 203.
  • the first conductor 1021 and the second conductor 1022 are connected at the first end of the first conductor 1021 on the HW surface at an angle larger than 0 degrees and smaller than 180 degrees.
  • the angle formed by the first conductor 1021 and the second conductor 1022 on the HW surface is preferably 90 degrees.
  • first conductor 1021 and the third conductor 1023 are connected at the second end of the first conductor 1021 at an angle larger than 0 degrees and smaller than 180 degrees on the HW surface.
  • the angle between the first conductor 1021 and the third conductor 1023 on the HW surface is preferably 90 degrees.
  • the non-feeding antenna element 1002 is a non-feeding antenna element that is not connected to the circuit of the mounting board 203.
  • the non-feeding antenna element 1002 is arranged parallel to one side of the mounting board 203 and in the same plane at a position separated from the first conducting wire 1021 mounting board 203.
  • one end of the second conductor 1022 and the third conductor 1023 is connected to the end of the first conductor 1021, and the other end is arranged in the vicinity of the dipole antenna element 201.
  • the second conductor 1022 and the third conductor 1023 are positioned so that their respective ends are spatially coupled to the dipole antenna element 201.
  • the extending direction of the third conducting wire 1023 is parallel to the extending direction of the second conducting wire 1022.
  • the antenna device 1000 is superior when there is a margin in the height direction. If the non-feeding antenna element 1002 has the same shape as the non-feeding antenna element 702 of FIG. 7, further miniaturization can be realized. Further, the non-feeding antenna element may be drawn directly on the product component mounting board instead of the separate metal.
  • the non-contact non-feeding antenna element of the present invention it is possible to minimize the mounting area of the radio and to obtain an ideal sky gain at low cost.
  • the present invention is not limited to the above embodiment, and can be appropriately modified without departing from the spirit.
  • the antenna device of the above embodiment targets a dipole antenna, it can also be realized by an inverted L / inverted F antenna. If the (-) element of the dipole is removed, it becomes an inverted L antenna structurally.
  • the antenna device of the above embodiment strives to minimize the occupied area of the antenna and the non-feeding antenna.
  • GPS-only wireless system there are few products equipped with a GPS-only wireless system, and other communication systems are provided. This is to convey information obtained by GPS such as LTE / Wi-Fi / LPWA to others or via the cloud. In that case, avoiding interference with the antennas of other systems becomes an important design factor, and securing the distance between the antennas is the most basic avoidance means. Therefore, it is desirable that the GPS antenna is completed within its own area, and the antenna device of the above embodiment aims at compactness and high performance.
  • Antenna device 101 201 Dipole antenna element 102, 202, 602, 702, 802, 902, 1002 Non-feeding antenna element 103, 203 Mounting board 121, 221, 621, 721 , 821, 921, 1021 1st conductor 122, 222, 622, 722, 822, 922, 1022 2nd conductor 123, 223, 623, 723, 823, 923, 1023 3rd conductor 724 4th conductor 725 5th conductor 400 Dipole antenna device 401 Dipole antenna element 402 Mounting board

Landscapes

  • Details Of Aerials (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Support Of Aerials (AREA)
  • Aerials With Secondary Devices (AREA)

Abstract

アンテナ装置（１００）は、無線信号を処理する回路を有する実装基板（１０３）と，実装基板（１０３）に配設され，無線信号を受信するダイポールアンテナ素子（１０１）と，ダイポールアンテナ素子（１０１）と平行な第１導線（１２１）と、第１導線（１２１）の第１端部にて０度より大きく１８０度より小さい角度で接続する第２導線（１２２）と、第１導線（１２１）の第２端部にて０度より大きく１８０度より小さい角度で接続する第３導線（１２３）とを有し、少なくとも第２導線（１２２）の端部が前記ダイポールアンテナ素子の近傍に位置する無給電素子とを備える。

Description

アンテナ装置
　本発明はアンテナ装置に関する。
　近年、無線商品はヒトからモノへハイスピードで拡大している。例えば、無線商品は、車／自動販売機／電車／工場監視システム等々に拡大している。その中で、特に位置情報が分かるＧＰＳの重要度が高まっており、無線商品が、上空からの電波を如何に多くキャッチできるかが商品の重要なセールスポイントとなっている。
　また、スマートフォンなどの携帯端末では、基地局の方向／端末の向きは絶えず変わり、電波がどこから到来するかは分からず、無指向性のアンテナとするのが一般的である。一方で、例えばＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ　Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ）の様に必ず上空から電波が到来するシステムが存在する。更には、固定設置される端末であれば、そのアンテナは上空だけを狙う指向性とすることが望ましい。
　この様な場合、一般的にはパッチアンテナを使用する場合が多い。通信機本体は薄型構造であることが多く、実装エリアを小さくしたい場合には縦置きにすればよい。特許文献１には、線状の給電アンテナ素子と、複数の線状の無給電アンテナ素子とをそなえ、無給電アンテナ素子を、それぞれ、前記給電アンテナ素子と非接触で交差する位置及び方向に配置するとともに、その交差部分を給電アンテナ素子と並行するように折り曲げ加工するアンテナが記載されている。
　しかし、パッチ型ＧＰＳアンテナは平たく実装して上空に指向性を持つ仕様であるため、そう実装せざるを得なく、実装エリアが大きくなってしまう。更に、通信機本体とは別構成であるが故に、高価であるという欠点もある。
　または、商品基板にアンテナを描画するという方法もあるが、利得が小さく、ＧＰＳ衛星補足性能が悪い。
特開２００８－３５２１９号公報
　このように，通信機本体とは別構成であるので高価となる、実装エリアが小さく且つ利得が十分に得られるアンテナ装置
という課題がある。
　本開示の目的は上述した課題を鑑み，安価に実現でき、実装エリアも最小化するという課題を解決するアンテナ装置を提供することにある。
　一実施形態のアンテナ装置は、無線信号を処理する回路を有する実装基板と，前記実装基板に配設され，前記無線信号を受信するダイポールアンテナ素子と，前記ダイポールアンテナ素子と平行な第１導線と、前記第１導線の第１端部にて０度より大きく１８０度より小さい角度で接続する第２導線と、前記第１導線の第２端部にて０度より大きく１８０度より小さい角度で接続する第３導線とを有し、少なくとも第２導線の端部が前記ダイポールアンテナ素子の近傍に位置する無給電素子とを備えるようにした。
　一実施形態のアンテナ装置は、無線信号を処理する回路を有する実装基板と，前記実装基板に配設され，前記無線信号を受信するダイポールアンテナ素子と，前記ダイポールアンテナ素子と平行な第１導線と、前記第１導線の第１端部にて０度より大きく１８０度より小さい角度で接続する第２導線と、前記第２導線の端部で０度より大きく１８０度より小さい角度で接続する第３導線とを有し、少なくとも第２導線の端部及び前記第３導線が前記ダイポールアンテナ素子の近傍に位置する無給電素子とを備えるようにした。
　本発明によれば，安価に実現でき、実装エリアも最小化するという課題を解決するアンテナ装置を提供することができる。
実施の形態１にかかるアンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。 実施の形態２にかかるアンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。 実施の形態２にかかるアンテナ装置の指向性を示す図である。 ダイポールアンテナを実装基板に装着した例を示す図である。 ダイポールアンテナの指向性を示す図である。 実施の形態３にかかるアンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。 実施の形態４にかかるアンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。 実施の形態５にかかるアンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。 実施の形態６にかかるアンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。 実施の形態７にかかるアンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。
　以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
　実施の形態１
　図１は、実施の形態１にかかるアンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。図１において、アンテナ装置１００は，ダイポールアンテナ素子１０１と，無給電アンテナ素子１０２と，実装基板１０３と、を備える。
　ダイポールアンテナ素子１０１は，実装基板１０３に配設され，無線信号を受信する。ダイポールアンテナ素子１０１は、２本の直線状の導線を左右対称につけたアンテナ素子である。
　無給電アンテナ素子１０２は、ダイポールアンテナ素子１０１と平行な第１導線１２１と、第１導線１２１の第１端部にて０度より大きく１８０度より小さい角度で接続する第２導線１２２と、第１導線の第２端部にて０度より大きく１８０度より小さい角度で接続する第３導線１２３とを有する。そして、少なくとも第２導線１２２の端部がダイポールアンテナ素子１０１の近傍に位置する。
　実装基板１０３は、ダイポールアンテナ素子１０１が受信した無線信号を処理する回路を有する。
　このように実施の形態１のアンテナ装置によれば、安価に実現でき、実装エリアも最小化することができる。
　実施の形態２
　図２は、実施の形態２にかかるアンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。図２において、アンテナ装置２００は，ダイポールアンテナ素子２０１と，無給電アンテナ素子２０２と，実装基板２０３と、を備える。
　ダイポールアンテナ素子２０１は，給電点に２本の直線状の導線を左右対称につけたアンテナ素子である。ダイポールアンテナ素子２０１の２本の直線状の導線は，実装基板２０３から離間した位置に配置されている。ダイポールアンテナ素子２０１の２本の直線状の導線は，給電点から実装基板２０３の回路に接続されている。ダイポールアンテナ素子２０１は，実装基板２０３に配設され，無線信号を受信する。無線信号は、例えば測位信号である。
　無給電アンテナ素子２０２は，３本の直線状の第１導線２２１、第２導線２２２及び第３導線２２３を備える。第１導線２２１と第２導線２２２は、ＬＷ面で第１導線２２１の第１端部にて０度より大きく１８０度より小さい角度で接続している。ＬＷ面で第１導線２２１と第２導線２２２のなす角度は９０度が好適である。
　また、第１導線２２１と第３導線２２３は、第１導線２２１の第２端部にてＬＷ面で０度より大きく１８０度より小さい角度で接続している。ＬＷ面で第１導線２２１と第３導線の２２３なす角度は９０度が好適である。
　また，無給電アンテナ素子２０２は実装基板２０３の回路に接続していない無給電アンテナ素子である。そして，無給電アンテナ素子２０２は，第１導線２２１実装基板２０３から離間した位置で，実装基板２０３の一辺に平行に配置されている。
　３本の直線状の導線のうち，第２導線２２２及び第３導線２２３は，一方の端部が第１導線２２１の端部と接続し、他方の端部がダイポールアンテナ素子２０１の近傍に配置されている。第２導線２２２及び第３導線２２３の端部とダイポールアンテナ素子２０１の距離は目標周波数の波長の２０分の１以内が望ましい。この近傍に配置は、すなわち、第２導線２２２及び第３導線２２３はそれぞれの端部がダイポールアンテナ素子２０１と空間結合するように位置することである。空間結合するためには、アンテナの端点、すなわちアンテナに流れる高周波電流が小、電圧が大となる部分で近接させることが必要となる。また、ダイポールアンテナにおいても給電側（装置２００の場合は導線２２２）が当該条件になっている必要がある。
　また、第３導線２２３の延伸方向は、第２導線２２２の延伸方向と並行である。
　また、無給電アンテナ素子２０２の全体の長さは受信する無線信号波長の１／２、いわゆる半波長が好適である。
　実装基板２０３は、ダイポールアンテナ素子２０１と接続し，ダイポールアンテナ素子２０１が受信した無線信号を処理する回路を有する基板である。例えば、実装基板２０３は、測位信号（例えばＧＮＳＳ：Global Navigation Satellite System信号）から自装置の位置を測定する回路を有するプリント基板であってもよい。実装基板２０３は，無給電アンテナ素子２０２と接続していないので，無給電アンテナ素子２０２は無給電アンテナ素子として作用する。実装基板２０３は、例えば実装基板２０３の一面には、ＧＮＤ用に形成された方形の金属層を有してもよい。このＧＮＤ用の金属層は，基準電位の層となる。また，ＧＮＤ用の金属層は，積層基板のいずれかの層に形成されてもよい。
　アンテナ装置２００は、図２に示す非接触無給電エレメントを有する点でダイポールアンテナのみの場合と異なる。図２に示すように、ダイポールアンテナ素子２０１の先端と無給電アンテナ素子２０２の先端にて、空間結合をさせている。
　図３は、実施の形態２にかかるアンテナ装置の指向性を示す図である。図３では，アンテナ装置２００の垂直面（図２のＨＬ面）における指向性を示す。
　比較のためのダイポールアンテナは以下の通りである。図４は、ダイポールアンテナを実装基板に装着した例を示す図である。図４においてダイポールアンテナ装置４００は、ダイポールアンテナ素子４０１と，実装基板４０２と、を備える。
　図５は、ダイポールアンテナの指向性を示す図である。図５では，アンテナ装置２００と比較のダイポールアンテナの垂直面（図４のＨＬ面）における指向性を示す。
　図３と図５を比較すると，アンテナ装置２００は，ダイポールアンテナナに比べ受信範囲が広くなっていることが示されている。これにより、アンテナ装置２００のアンテナ放射性能は図４のダイポールアンテナより向上している。これは、空間結合によって電波の源である高周波電流が非接触無給電エレメントに流れ、電波の放射効率が向上するためである。本発明ならば商品の薄さをキープしつつ上空利得アップが可能であり、非接触無給電アンテナエレメントは金属物性であれば何でも良く原価を抑えることができる。
　このように実施の形態２のアンテナ装置によれば、安価に実現でき、実装エリアも最小化することができる。
　無給電アンテナ素子２０２の実装は、筐体裏側への貼付け、或いは筐体内部へのインサート成型、あるいは筐体外への貼付けなどがある。
　実施の形態３
　図６は、実施の形態３にかかるアンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。図６において、アンテナ装置６００は、ダイポールアンテナ素子２０１と，無給電アンテナ素子６０２と，実装基板２０３と、を備える。図６において図２と同一の構成は同じ番号を付し、説明を省略する。
　無給電アンテナ素子６０２は、３本の直線状の第１導線６２１、第２導線６２２及び第３導線６２３を備える。
　第３導線６２３の延伸方向は、第２導線６２２の延伸方向と直角である。第２導線６２２の延伸方向は、実装基板２０３に直角である。第３導線６２３の延伸方向は、実装基板２０３に並行である。
　第１導線６２１と第２導線６２２は、ＬＷ面で第１導線６２１の第１端部にて０度より大きく１８０度より小さい角度で接続している。ＬＷ面で第１導線６２１と第２導線６２２のなす角度は９０度が好適である。
　第２導線６２２は，一方の端部が第１導線６２１の端部と接続し、他方の端部がダイポールアンテナ素子２０１の近傍に配置されている。すなわち、第２導線６２２はそれぞれの端部がダイポールアンテナ素子２０１と空間結合するように位置する。
　また、第１導線６２１と第３導線６２３は、ＨＷ面で第１導線６２１の第２端部にて０度より大きく１８０度より小さい角度で接続している。ＨＷ面で第１導線６２１と第３導線の２２３なす角度は９０度が好適である。
　無給電アンテナ素子６０２の実装は、筐体裏側への貼付け、或いは筐体内部へのインサート成型、あるいは筐体外への貼付けなどがある。
　実施の形態４
　図７は、実施の形態４にかかるアンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。図７において、アンテナ装置７００は、ダイポールアンテナ素子２０１と，無給電アンテナ素子７０２と，実装基板２０３と、を備える。図７において図２と同一の構成は同じ番号を付し、説明を省略する。
　無給電アンテナ素子７０２は、５本の直線状の第１導線７２１、第２導線７２２、第３導線７２３、第４導線７２４及び第５導線７２５を備える。
　図７に示すように、第２導線７２２及び第３導線７２３は，一方の端部が第１導線７２１の端部と接続し、他方の端部がダイポールアンテナ素子２０１の近傍に配置されている。すなわち、第２導線７２２及び第３導線７２３はそれぞれの端部がダイポールアンテナ素子２０１と空間結合するように位置する。そして、第４導線７２４及び第５導線７２５の少なくとも一部が近傍に配置されている。好ましくは第４導線７２４及び第５導線７２５全体が近傍に配置されている。すなわち、第４導線７２４及び第５導線７２５全体が空間結合するように位置する。
　第１導線７２１と第２導線７２２は、ＬＷ面で第１導線７２１の第１端部にて０度より大きく１８０度より小さい角度で接続している。ＬＷ面で第１導線７２１と第２導線７２２のなす角度は９０度が好適である。
　第２導線７２２と第４導線７２４は、ＬＷ面で第２導線７２２の第１端部にて０度より大きく１８０度より小さい角度で接続している。ＬＷ面で第２導線７２２と第４導線７２４のなす角度は９０度が好適である。そして、第１導線７２１と第４導線７２４がＬＷ面で並行であることが好適である。
　また、第１導線７２１と第３導線７２３は、ＨＷ面で第１導線７２１の第２端部にて０度より大きく１８０度より小さい角度で接続している。ＨＷ面で第１導線７２１と第３導線の２２３なす角度は９０度が好適である。
　第３導線７２２と第５導線７２５は、ＬＷ面で第３導線７２２の第１端部にて０度より大きく１８０度より小さい角度で接続している。ＬＷ面で第３導線７２２と第５導線７２５のなす角度は９０度が好適である。そして、第１導線７２１と第５導線７２５がＬＷ面で並行であることが好適である。
　無給電アンテナ素子７０２の実装は、筐体裏側への貼付け、或いは筐体内部へのインサート成型、あるいは筐体外への貼付けなどがある。
　実施の形態５
　図８は、実施の形態５にかかるアンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。図８において、アンテナ装置８００は、ダイポールアンテナ素子２０１と，無給電アンテナ素子８０２と，実装基板２０３と、を備える。図８において図２と同一の構成は同じ番号を付し、説明を省略する。
　無給電アンテナ素子８０２は、３本の直線状の第１導線８２１、第２導線８２２及び第３導線８２３を備える。
　図８に示すように、第２導線８２２は，一方の端部が第１導線７２１の端部と接続し、他方の端部がダイポールアンテナ素子２０１の近傍に配置されている。すなわち、第２導線８２２はそれぞれの端部がダイポールアンテナ素子２０１と空間結合するように位置する。そして、第３導線８２３の少なくとも一部が近傍に配置されている。好ましくは第３導線８２３全体が近傍に配置されている。すなわち、第３導線８２３全体が空間結合するように位置する。
　第１導線８２１と第２導線８２２は、ＬＷ面で第１導線８２１の第１端部にて０度より大きく１８０度より小さい角度で接続している。ＬＷ面で第１導線８２１と第２導線８２２のなす角度は９０度が好適である。
　第２導線８２２と第３導線８２３は、ＬＷ面で第２導線８２２の第１端部にて０度より大きく１８０度より小さい角度で接続している。ＬＷ面で第２導線８２２と第３導線８２３のなす角度は９０度が好適である。そして、第１導線８２１と第３導線８２３がＬＷ面で並行であることが好適である。
　無給電アンテナ素子８０２の実装は、筐体裏側への貼付け、或いは筐体内部へのインサート成型、あるいは筐体外への貼付けなどがある。
　実施の形態６
　図９は、実施の形態６にかかるアンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。図９において、アンテナ装置９００は、ダイポールアンテナ素子２０１と，無給電アンテナ素子９０２と，実装基板２０３と、を備える。図９おいて図２と同一の構成は同じ番号を付し、説明を省略する。
　無給電アンテナ素子９０２は，３本の直線状の第１導線９２１、第２導線９２２及び第３導線９２３を備える。第１導線９２１、第２導線９２２及び第３導線９２３は平面形状金属である。第２導線９２２及び第３導線９２３は，一方の端部が第１導線９２１の端部と接続し、他方の端部がダイポールアンテナ素子２０１の近傍に配置されている。すなわち、第２導線９２２及び第３導線９２３はそれぞれの端部がダイポールアンテナ素子２０１と空間結合するように位置する。
　第１導線９２１の主面は実装基板２０３に並行である。また、第２導線９２２及び第３導線９２３の主面はＨ軸と平行である。第２導線９２２及び第３導線９２３の主面は実装基板２０３に直角であることが好適である。
　第１導線９２１と第２導線９２２は、ＬＷ面で第１導線９２１の第１端部にて０度より大きく１８０度より小さい角度で接続している。ＬＷ面で第１導線９２１と第２導線９２２のなす角度は９０度が好適である。
　また、第１導線９２１と第３導線９２３は、第１導線９２１の第２端部にてＬＷ面で０度より大きく１８０度より小さい角度で接続している。ＬＷ面で第１導線９２１と第３導線の９２３なす角度は９０度が好適である。
　また，無給電アンテナ素子９０２は実装基板２０３の回路に接続していない無給電アンテナ素子である。そして，無給電アンテナ素子９０２は，第１導線９２１実装基板２０３から離間した位置で，実装基板２０３の一辺に平行に配置されている。
　３本の直線状の導線のうち，第２導線９２２及び第３導線９２３は，一方の端部が第１導線９２１の端部と接続し、他方の端部がダイポールアンテナ素子２０１の近傍に配置されている。すなわち、第２導線９２２及び第３導線９２３はそれぞれの端部がダイポールアンテナ素子２０１と空間結合するように位置する。また、第３導線９２３の延伸方向は、第２導線９２２の延伸方向と並行である。
　無給電アンテナ素子９０２は、実装基板２０３に挿入して固定することができる。
　実施の形態７
　図１０は、実施の形態１０にかかるアンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。図１０において、アンテナ装置１０００は、ダイポールアンテナ素子２０１と，無給電アンテナ素子１００２と，実装基板１０３と、を備える。図１０において図２と同一の構成は同じ番号を付し、説明を省略する。
　無給電アンテナ素子１００２は，３本の直線状の第１導線１０２１、第２導線１０２２及び第３導線１０２３を備える。第１導線１０２１、第２導線１０２２及び第３導線１０２３は平面形状金属である。第２導線１０２２及び第３導線１０２３は，一方の端部が第１導線１０２１の端部と接続し、他方の端部がダイポールアンテナ素子２０１の近傍に配置されている。すなわち、第２導線１０２２及び第３導線１０２３はそれぞれの端部がダイポールアンテナ素子２０１と空間結合するように位置する。
　第１導線１０２１、第２導線１０２２及び第３導線１０２３の主面は実装基板２０３に並行かつ同一面内に配置されている。
　第１導線１０２１と第２導線１０２２は、ＨＷ面で第１導線１０２１の第１端部にて０度より大きく１８０度より小さい角度で接続している。ＨＷ面で第１導線１０２１と第２導線１０２２のなす角度は９０度が好適である。
　また、第１導線１０２１と第３導線１０２３は、第１導線１０２１の第２端部にてＨＷ面で０度より大きく１８０度より小さい角度で接続している。ＨＷ面で第１導線１０２１と第３導線の１０２３なす角度は９０度が好適である。
　また，無給電アンテナ素子１００２は実装基板２０３の回路に接続していない無給電アンテナ素子である。そして，無給電アンテナ素子１００２は，第１導線１０２１実装基板２０３から離間した位置で，実装基板２０３の一辺に平行にかつ同一面内に配置されている。
　３本の直線状の導線のうち，第２導線１０２２及び第３導線１０２３は，一方の端部が第１導線１０２１の端部と接続し、他方の端部がダイポールアンテナ素子２０１の近傍に配置されている。すなわち、第２導線１０２２及び第３導線１０２３はそれぞれの端部がダイポールアンテナ素子２０１と空間結合するように位置する。また、第３導線１０２３の延伸方向は、第２導線１０２２の延伸方向と並行である。
アンテナ装置１０００は、高さ方向に余裕がある場合に優位となる。なお、無給電アンテナ素子１００２を図７の無給電アンテナ素子７０２と同様の形状とすれば、更なる小型化が実現できる。また、無給電アンテナ素子を別金属ではなく、商品部品実装基板に直接描画するようにしてもよい。
　以上説明した通り、本発明の非接触無給電アンテナエレメントを用いることにより、無線機の実装エリアを最小限に抑え、かつ理想的な上空利得を得ることを安価に実現できる。
　なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上記実施の形態のアンテナ装置は、ダイポールアンテナを対象としたが、逆Ｌ／逆Ｆアンテナでも実現可能である。ダイポールの（－）エレメントを外せば、構造的に逆Ｌアンテナとなる。
　更に、上記実施の形態のアンテナ装置は、アンテナと無給電アンテナの占有エリアの最小化に努めている。これは、例えばＧＰＳだけの無線システムを搭載する商品はほとんどなく、それ以外の通信システムを具備している。ＬＴＥ／Ｗｉ－Ｆｉ／ＬＰＷＡなど、ＧＰＳで得た情報を他者、或いはクラウド経て伝えるためである。そうなると、他システムのアンテナとの干渉回避が重要な設計ファクターとなり、アンテナ間の距離を確保することは最もベーシックな回避手段となる。故に、ＧＰＳアンテナは自身のエリア内で完結することが望ましく、上記実施の形態のアンテナ装置では、コンパクト化かつ高性能を狙っている。
　以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記によって限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
　この出願は、２０２０年３月２７日に出願された日本出願特願２０２０－０５７１９２を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
１００、２００、６００、７００、８００、９００、１０００　アンテナ装置
１０１、２０１　ダイポールアンテナ素子
１０２、２０２、６０２、７０２、８０２、９０２、１００２　無給電アンテナ素子
１０３、２０３　実装基板
１２１、２２１、６２１、７２１、８２１、９２１、１０２１　第１導線
１２２、２２２、６２２、７２２、８２２、９２２、１０２２　第２導線
１２３、２２３、６２３、７２３、８２３、９２３、１０２３　第３導線
７２４　第４導線
７２５　第５導線
４００　ダイポールアンテナ装置
４０１　ダイポールアンテナ素子
４０２　実装基板

Claims (9)

  1. 　無線信号を処理する回路を有する実装基板と，
    　前記実装基板に配設され，前記無線信号を受信するダイポールアンテナ素子と，
    　前記ダイポールアンテナ素子と平行な第１導線と、前記第１導線の第１端部にて０度より大きく１８０度より小さい角度で接続する第２導線と、前記第１導線の第２端部にて０度より大きく１８０度より小さい角度で接続する第３導線とを有し、少なくとも第２導線の端部が前記ダイポールアンテナ素子の近傍に位置する無給電素子とを備えるアンテナ装置。
  2. 　少なくとも前記第２導線の端部が前記ダイポールアンテナ素子と空間結合するように位置する、請求項１に記載のアンテナ装置。
  3. 　前記無線信号は、少なくとも測位信号を含み、
    　前記実装基板は、測位信号に基づいて位置を測位する回路を有し、
    　前記ダイポールアンテナ素子は、前記測位信号を受信する、請求項１または請求項２に記載のアンテナ装置。
  4. 　前記第３導線の延伸方向は、前記第２導線の延伸方向と並行である、請求項１から３のいずれかに記載のアンテナ装置。
  5. 　前記第３導線の延伸方向は、前記第２導線の延伸方向と直角である、請求項１から３のいずれかに記載のアンテナ装置。
  6. 　前記無給電素子は、前記第２導線の端部で０度より大きく１８０度より小さい角度で接続する第４導線と、前記第３導線の端部で０度より大きく１８０度より小さい角度で接続する第５導線とを有する、請求項１から３のいずれかに記載のアンテナ装置。
  7. 　前記第１導線、前記第２導線及び前記第３導線は平面形状金属であり、
    　前記第１導線の平面は、前記実装基板に対向し、
    　前記第２導線及び前記第３導線の平面は、前記実装基板に垂直であり、
    　前記第２導線の平面と前記第３導線の平面が対向している、請求項４に記載のアンテナ装置。
  8. 　前記第１導線、前記第２導線及び前記第３導線は平面形状金属であり、
    　前記第１導線の平面、前記第２導線の平面及び前記第３導線の平面は、前記実装基板と同一面内にある、請求項１から３のいずれかに記載のアンテナ装置。
  9. 　無線信号を処理する回路を有する実装基板と，
    　前記実装基板に配設され，前記無線信号を受信するダイポールアンテナ素子と，
    　前記ダイポールアンテナ素子と平行な第１導線と、前記第１導線の第１端部にて０度より大きく１８０度より小さい角度で接続する第２導線と、前記第２導線の端部で０度より大きく１８０度より小さい角度で接続する第３導線とを有し、少なくとも第２導線の端部及び前記第３導線が前記ダイポールアンテナ素子の近傍に位置する無給電素子とを備えるアンテナ装置。
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