WO2021261455A1 - アンテナ装置 - Google Patents
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- H01Q9/30—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole
Definitions
- This disclosure relates to an antenna device used by connecting it to an external device by cable.
- antenna device various antenna devices such as a monopole antenna and a patch antenna have been proposed and developed (for example, Patent Document 1). These antenna devices include a main plate, which is a conductor plate that provides a ground potential, in addition to the radiating element.
- the directivity may become unstable.
- Patent Document 1 discloses a method of suppressing a leakage current to a cable by filtering a high frequency current using a filter element which is a circuit element functioning as a low-pass filter. ing.
- Patent Document 1 Since the configuration disclosed in Patent Document 1 requires a filter element, there is a problem that the cost increases by the amount of the filter element.
- the present disclosure is based on this circumstance, and the purpose of the present disclosure is to provide an antenna device capable of suppressing a leakage current to a cable while suppressing an increase in cost.
- the antenna device for achieving the purpose includes a main plate which is a flat plate-shaped conductor member formed in a rectangular shape, an antenna element which is a conductor member provided with a feeding point electrically connected to a feeding line, and an antenna element.
- the length of the main plate in a predetermined direction is set to be shorter than the target wavelength, which is the wavelength of the radio wave to be transmitted and received.
- the grounding cable is connected at a position that is an odd multiple of.
- the position where it is an odd multiple of a quarter of the target wavelength from the edge of the main plate is the node of the potential distribution (so-called node).
- the node of the potential distribution refers to the place where the potential is minimized.
- the above configuration was created based on this finding, and according to the configuration in which the grounding cable is connected from the edge of the main plate to a position that is an odd multiple of a quarter of the target voltage, it is for grounding. Since the potential difference between the cable and the main plate is unlikely to occur, leakage current can be suppressed. Further, according to the above configuration, a filter element for suppressing leakage current to the cable is unnecessary. That is, it is possible to suppress the leakage current to the cable while suppressing the increase in cost.
- FIG. It is an external perspective view of the antenna device 1.
- FIG. It is a figure which conceptually shows the cross section in line II-II shown in FIG. It is a top view of the antenna device 1.
- FIG. 10 It is a figure which shows an example of the connection posture of the grounding cable 51 to the main plate 10. It is a figure which shows an example of the structure of the main plate 10. It is a figure which shows the deformation example of the position of the antenna element 2 with respect to the main plate 10. It is a figure which shows the deformation example of the position of the antenna element 2 with respect to the main plate 10. It is a figure which shows the deformation example of the position of the antenna element 2 with respect to the main plate 10. It is a figure which shows the deformation example of the position of the antenna element 2 with respect to the main plate 10. It is a figure which shows the configuration example when the antenna device 1 includes a case 60.
- FIG. 1 is an external perspective view showing an example of a schematic configuration of the antenna device 1 according to the present embodiment.
- FIG. 2 is a cross-sectional view of the antenna device 1 on the line II-II shown in FIG.
- the antenna device 1 is mounted on a moving body such as a vehicle and used.
- This antenna device 1 is configured to transmit and receive radio waves of a predetermined target frequency.
- the antenna device 1 may be used for only one of transmission and reception. Since the transmission and reception of radio waves are reversible, a configuration capable of transmitting radio waves of a certain frequency is also a configuration capable of receiving radio waves of that frequency.
- the target frequency is 2.45 GHz as an example here.
- the target frequency may be appropriately designed, and may be, for example, 300 MHz, 760 MHz, 850 MHz, 900 MHz, 1.17 GHz, 1.28 GHz, 1.55 GHz, 5.9 GHz, or the like as other embodiments.
- the antenna device 1 can transmit and receive not only the target frequency but also radio waves having a frequency within a predetermined range determined with the target frequency as a reference.
- the antenna device 1 is configured to be capable of transmitting and receiving frequencies belonging to the 2.4 GHz band, which is a band from 2400 MHz to 2500 MHz.
- the antenna device 1 can transmit and receive radio waves in the frequency band used in short-range wireless communication such as Bluetooth Low Energy (Bluetooth is a registered trademark), Wi-Fi (registered trademark), ZigBee (registered trademark), and the like. It is configured. In other words, the antenna device 1 can transmit and receive radio waves in the frequency band (so-called ISM band) specified by the International Telecommunication Union for general use in the industrial, scientific, and medical fields. It is configured.
- Bluetooth Low Energy Bluetooth is a registered trademark
- Wi-Fi registered trademark
- ZigBee registered trademark
- ISM band specified by the International Telecommunication Union for general use in the industrial, scientific, and medical fields. It is configured.
- the target wavelength is the wavelength of the radio wave of the target frequency.
- ⁇ / 2 and “0.5 ⁇ ” refer to half the length of the target wavelength
- ⁇ / 4" and “0.25 ⁇ ” refer to the length of one quarter of the target wavelength.
- the wavelength (that is, ⁇ ) of the 2.4 GHz radio wave in vacuum and air is 125 mm.
- the antenna device 1 is connected to a communication ECU (Electronic Control Unit) mounted on the vehicle via, for example, a cable, and the signal received by the antenna device 1 is sequentially output to the communication ECU. Further, the antenna device 1 converts an electric signal input from the communication ECU into a radio wave and radiates it into space.
- the communication ECU uses the signal received by the antenna device 1 and supplies high-frequency power according to the transmission signal to the antenna device 1.
- the antenna device 1 and the communication ECU will be described on the assumption that they are connected by an AV line.
- the AV wire is a low-voltage electric wire for automobiles, and is realized by covering the annealed copper stranded wire with an insulating material such as vinyl chloride.
- the "A" of the AV line refers to a low-voltage electric wire for automobiles, and the "V” refers to vinyl.
- the AV line connected to the antenna device 1 includes a grounding cable which is an AV line for providing a grounding potential and a signal cable which is an AV line through which a signal flows.
- connection cable between the antenna device 1 and the communication ECU a thin-walled low-walled electric wire for automobiles (AVSS cable), a compressed conductor ultra-thin vinyl chloride insulated low-pressure electric wire for automobiles (CIVUS cable), and the like can also be adopted.
- AVSS cable a thin-walled low-walled electric wire for automobiles
- CIVUS cable compressed conductor ultra-thin vinyl chloride insulated low-pressure electric wire for automobiles
- SS of AVSS refers to an ultra-thin wall type.
- C of CIVUS is a compressed conductor type
- I is an ISO standard
- V is vinyl
- US is an ultra-thin wall type.
- another communication cable such as a coaxial cable or a feeder line may be used for the connection.
- An impedance matching circuit or the like may be provided at the connection point between the antenna device 1 and the cable.
- the antenna device 1 includes a main plate 10, a support plate 20, an opposed conductor plate 30, and a short-circuit portion 40.
- the side where the opposing conductor plate 30 is provided with respect to the main plate 10 as the upper side for the antenna device 1. That is, the direction from the main plate 10 to the opposite conductor plate 30 corresponds to the upward direction for the antenna device 1. Further, the direction from the opposed conductor plate 30 toward the main plate 10 corresponds to the downward direction for the antenna device 1.
- the main plate 10 is a plate-shaped conductor member made of a conductor such as copper.
- the main plate 10 is provided along the lower side surface of the support plate 20.
- the plate shape here also includes a thin film shape such as a metal foil. That is, the main plate 10 may be a pattern formed on the surface of a resin plate such as a printed wiring board by electroplating or the like. Further, the main plate 10 may be realized by using a conductor layer arranged inside a multilayer substrate including a plurality of conductor layers and an insulating layer.
- the ground plate 10 is electrically connected to the grounding cable 51 to provide a ground potential (in other words, a ground potential) in the antenna device 1.
- the main plate 10 corresponds to a conductor plate that is directly or indirectly connected to the grounding cable 51.
- the grounding cable 51 can also be called a grounding side electric wire.
- the grounding cable 51 may be the outer conductor of the coaxial cable. The position of the cable connection point 11 which is the connection point between the main plate 10 and the grounding cable 51 will be described separately.
- the main plate 10 is formed in a rectangular shape.
- the length of the short side of the main plate 10 is set to a value electrically corresponding to, for example, 0.4 ⁇ . Further, the length of the long side of the main plate 10 is electrically set to 1.2 ⁇ .
- the electrical length here is an effective length in consideration of the fringing electric field and the wavelength shortening effect of the dielectric.
- the configuration corresponds to a rectangular main plate 10 in which the length in the lateral direction is shorter than the target wavelength and the length in the longitudinal direction is set to be more than twice the length in the lateral direction.
- the length of the short side of the main plate 10 may be 0.6 ⁇ , 0.8 ⁇ , or the like.
- the short side of the main plate 10 may be longer than ⁇ / 4.
- the length of the main plate 10 in the longitudinal direction may be longer than that in the lateral direction, and may be 1.0 ⁇ , 1.5 ⁇ , or the like.
- the ratio of the lengths of the short side and the long side of the main plate 10 can be approximately 1: 2, 1: 3, 1: 4, 2: 3, 2: 5, and the like.
- the X-axis shown in various figures such as FIG. 1 represents the longitudinal direction of the main plate 10, the Y-axis represents the lateral direction of the main plate 10, and the Z-axis represents the vertical direction.
- the Y-axis direction corresponds to a predetermined direction.
- the three-dimensional coordinate system including the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis is a concept for explaining the configuration of the antenna device 1.
- the direction along any one side can be the X-axis.
- the main plate 10 may be at least larger than the opposed conductor plate 30.
- the dimensions of the main plate 10 can be changed as appropriate.
- the length of one side of the main plate 10 may be electrically set to a value smaller than one wavelength, for example, 1/3 of the target wavelength.
- the planar shape which is the shape of the main plate 10 viewed from above, can be appropriately changed.
- the planar shape of the main plate 10 is rectangular, but as another embodiment, the planar shape of the main plate 10 may be square. Further, it may have other polygonal shapes.
- the main plate 10 may have a square shape in which one side is electrically set to a value corresponding to one wavelength.
- the rectangular shape includes a rectangle and a square.
- the support plate 20 is a plate-shaped member for arranging the main plate 10 and the opposing conductor plate 30 so as to face each other at a predetermined interval.
- the support plate 20 has a rectangular flat plate shape, and the size of the support plate 20 is substantially the same as that of the main plate 10 in a plan view.
- the support plate 20 is realized by using a dielectric having a predetermined relative permittivity, such as a glass epoxy resin.
- FR4 Frelame Retardant Type 4
- the thickness H1 of the support plate 20 is formed to be, for example, 1.5 mm.
- the thickness H1 of the support plate 20 corresponds to the distance between the main plate 10 and the opposing conductor plate 30.
- the specific value of the thickness H1 of the support plate 20 may be appropriately determined by simulation or test.
- the thickness H1 of the support plate 20 may be 2.0 mm, 3.0 mm, or the like.
- the wavelength of the support plate 20 is about 60 mm due to the wavelength shortening effect of the dielectric. Therefore, the value of 1.5 mm in thickness electrically corresponds to 1/40 of the target wavelength (that is, ⁇ / 40).
- the support plate 20 may play the above-mentioned role, and the shape of the support plate 20 can be changed as appropriate.
- the configuration for arranging the facing conductor plate 30 facing the main plate 10 may be a plurality of pillars. Further, in the present embodiment, a configuration in which a resin as a support plate 20 is filled between the main plate 10 and the opposing conductor plate 30 is adopted, but the present invention is not limited to this.
- the space between the main plate 10 and the opposing conductor plate 30 may be hollow or vacuum.
- a honeycomb structure or the like can also be adopted. Further, the structures exemplified above may be combined.
- the antenna device 1 When the antenna device 1 is realized by using a printed wiring board, a plurality of conductor layers included in the printed wiring board are used as the main plate 10 and the opposing conductor plate 30, and a resin layer separating the conductor layers is used as a support plate. It may be used as 20.
- the thickness H1 of the support plate 20 also functions as a parameter for adjusting the length of the short-circuit portion 40 as described later.
- the thickness H1 of the support plate 20 functions as a parameter for adjusting the inductance provided by the short-circuit portion 40.
- the thickness H1 also functions as a parameter for adjusting the capacitance formed by the main plate 10 and the facing conductor plate 30 facing each other.
- a transmission / reception circuit 70 may be formed on the upper side surface 20a of the support plate, which is the side surface of the support plate 20 on which the opposed conductor plate 30 is arranged.
- the transmission / reception circuit 70 is a circuit module that performs at least one of modulation, demodulation, frequency conversion, amplification, digital-to-analog conversion, and detection.
- the transmission / reception circuit 70 is an electrical assembly of various parts such as an IC, an analog circuit element, and a connector.
- the transmission / reception circuit 70 is electrically connected to the opposite conductor plate 30 by a microstrip or the like as a feeding line 71.
- the transmission / reception circuit 70 is also connected to the main plate 10 via vias, short-circuit pins, or the like.
- the transmission / reception circuit 70 is also electrically connected to an AV line as a signal cable. That is, the transmission / reception circuit 70 is connected to the communication ECU via a signal cable.
- the connection point of the signal cable in the antenna device 1
- the facing conductor plate 30 is a plate-shaped conductor member made of a conductor such as copper. As described above, the plate shape here also includes a thin film shape such as copper foil.
- the facing conductor plate 30 is arranged so as to face the main plate 10 via the support plate 20. Similar to the main plate 10, the opposed conductor plate 30 may also have a pattern formed on the surface of a resin plate such as a printed wiring board.
- "parallel” here is not limited to a completely parallel state. It may be tilted from several degrees to 30 degrees. That is, it may include a state of being substantially parallel (so-called substantially parallel state).
- the expression “vertical” in the present disclosure is not limited to a completely vertical state, but also includes an aspect of being tilted by about several degrees to 30 degrees.
- a capacitance is formed according to the area of the opposing conductor plate 30 and the distance between the opposing conductor plate 30 and the main plate 10.
- the opposed conductor plate 30 is formed to have a size that forms a capacitance that resonates in parallel with the inductance of the short-circuit portion 40 at a target frequency.
- the area of the opposed conductor plate 30 may be appropriately designed to provide the desired capacitance.
- the desired capacitance is a capacitance that operates at a target frequency in cooperation with the inductance of the short-circuit portion 40.
- the opposed conductor plate 30 is electrically formed in a square shape having a side of 12 mm. Since the wavelength on the surface of the opposed conductor plate 30 is about 60 mm due to the wavelength shortening effect of the support plate 20, the value of 12 mm electrically corresponds to 0.2 ⁇ .
- the length of one side of the opposed conductor plate 30 can be appropriately changed, and may be 14 mm, 15 mm, 20 mm, 25 mm, or the like.
- the planar shape of the opposed conductor plate 30 may be circular, regular octagon, regular hexagon, or the like. Further, the opposed conductor plate 30 may have a rectangular shape, an oblong shape, or the like.
- a feeding point 31 is formed on the opposed conductor plate 30.
- the feeding point 31 is a portion where the feeding line 71 and the facing conductor plate 30 are electrically connected.
- the feeding point 31 can be arranged at an arbitrary position. It may be provided at a position where impedance matching with the feeding line 71 can be obtained. In other words, the feeding point 31 may be provided at a position where the return loss becomes a predetermined allowable level.
- the feeding point 31 can be arranged at an arbitrary position, for example, the edge portion or the central region of the opposed conductor plate 30.
- the feeding point 31 is formed on a straight line passing through the center of the opposed conductor plate 30 and parallel to the X axis.
- the feeding method for the opposed conductor plate 30 various methods such as a direct connection feeding method and an electromagnetic coupling method can be adopted.
- the direct power supply method refers to a method in which the power supply line 71 and the facing conductor plate 30 are directly connected.
- the electromagnetic coupling method refers to a feeding method using an electromagnetic coupling between a microstrip line for feeding and an opposing conductor plate 30.
- the short-circuit portion 40 is a conductive member that electrically connects the main plate 10 and the opposing conductor plate 30.
- the short-circuit portion 40 may be realized by using a short-circuit pin which is a conductive pin. By adjusting the diameter and length of the short pin as the short-circuit portion 40, the inductance provided in the short-circuit portion 40 can be adjusted.
- the short-circuit portion 40 may be a linear member having one end electrically connected to the main plate 10 and the other end electrically connected to the opposing conductor plate 30.
- the via provided on the printed wiring board can be used as the short-circuit portion 40.
- the short-circuit portion 40 is provided so as to be located at the center of the conductor plate, for example.
- the center of the conductor plate here refers to the center of the opposing conductor plate 30.
- the center of the conductor plate corresponds to the center of gravity of the opposed conductor plate 30. Since the opposed conductor plate 30 has a square shape in the present embodiment, the center of the conductor plate corresponds to the intersection of the two diagonal lines of the opposed conductor plate 30.
- the arrangement mode in which the main plate 10 and the opposing conductor plate 30 are concentric corresponds to an arrangement mode in which the center of the opposing conductor plate 30 and the center of the main plate 10 overlap in a top view.
- the formation position of the short-circuit portion 40 does not have to be exactly the same as the center of the conductor plate.
- the short-circuit portion 40 may be deviated from the center of the conductor plate by about several mm.
- the short-circuit portion 40 may be formed in the central region of the opposed conductor plate 30.
- the central region of the opposed conductor plate 30 refers to a region inside the line connecting the points that internally divide the conductor plate from the center to the edge portion in a ratio of 1: 5. From another point of view, the central region corresponds to a region where concentric figures whose opposed conductor plates 30 are reduced to about 1/6 overlap.
- the opposing conductor plate 30 is arranged to face the main plate 10 in a posture in which one set of opposite sides is parallel to the X axis and the other set of opposite sides are parallel to the Y axis. ..
- the facing conductor plate 30 is arranged at a position where the center thereof is deviated from the center of the main plate 10 by a predetermined offset amount ⁇ X in the negative direction of the X axis.
- the offset amount ⁇ X can be, for example, 0.125 ⁇ , 0.25 ⁇ , 0.5 ⁇ , or the like.
- the opposed conductor plate 30 may be arranged along the end portion of the main plate 10 in the negative direction of the X axis.
- the offset amount ⁇ X can be appropriately changed within a range in which the opposed conductor plate 30 does not protrude to the outside of the main plate 10 in the top view.
- the opposing conductor plate 30 is arranged so that at least the entire region (in other words, the entire surface) faces the main plate 10.
- the offset amount ⁇ X corresponds to the amount of deviation between the center of the main plate 10 and the center of the opposing conductor plate 30.
- the support plate 20, the transmission / reception circuit 70, and the like are transmitted in order to clearly indicate the positional relationship between the main plate 10 and the opposite conductor plate 30. That is, the illustration is omitted.
- the alternate long and short dash line Lx1 shown in FIG. 3 represents a straight line passing through the center of the main plate 10 and parallel to the X axis
- the alternate long and short dash line Ly1 represents a straight line passing through the center of the main plate 10 and parallel to the Y axis
- the chain double-dashed line Ly2 represents a straight line that passes through the center of the opposed conductor plate 30 and is parallel to the Y axis.
- the straight line Lx1 corresponds to the axis of symmetry for the main plate 10 and the opposing conductor plate 30.
- the straight line Ly1 corresponds to the axis of symmetry for the main plate 10.
- the straight line Ly2 corresponds to the axis of symmetry for the opposed conductor plate 30.
- the alternate long and short dash line Lx1 also passes through the center of the opposed conductor plate 30. That is, the alternate long and short dash line Lx1 is a straight line parallel to the X axis and corresponds to a straight line passing through the center of the main plate 10 and the opposite conductor plate 30.
- the intersection of the straight line Lx1 and the straight line Ly1 corresponds to the center of the main plate, and the intersection of the straight line Lx1 and the straight line Ly2 corresponds to the center of the conductor plate.
- the opposed conductor plate 30 is short-circuited to the main plate 10 by a short-circuited portion 40 provided in the central region thereof, and the area of the opposed conductor plate 30 is parallel to the inductance provided by the short-circuited portion 40 at the target frequency. It is an area that forms a resonant capacitance.
- the configuration including the short-circuit portion 40 and the opposed conductor plate 30 functions as a radiation element, in other words, an antenna element 2.
- the vertical polarization of the main plate here refers to a radio wave in which the vibration direction of the electric field is perpendicular to the main plate 10 and the opposing conductor plate 30.
- the antenna device 1 has directivity in the horizontal direction of the antenna at the target frequency. Therefore, when the main plate 10 is arranged horizontally, the antenna device 1 functions as an antenna having a main beam in the horizontal direction.
- the horizontal direction of the antenna here refers to a direction from the center of the opposed conductor plate 30 toward the edge thereof. According to another viewpoint, the horizontal direction of the antenna refers to a direction orthogonal to a perpendicular line to the main plate 10 passing through the center of the opposed conductor plate 30. In other words, the horizontal direction of the antenna corresponds to the horizontal direction (in other words, the side) for the antenna device 1.
- the operation when the antenna device 1 transmits (radiates) radio waves and the operation when receiving radio waves have reversibility with each other. That is, according to the antenna device 1, it is possible to receive the vertical polarization of the main plate arriving from the horizontal direction of the antenna.
- the cable connection point 11 which is the connection point between the grounding cable 51 and the main plate 10 is located at a position where the distance ⁇ from the X-axis positive end (right end on the drawing) of the main plate 10 is ⁇ / 4. Have been placed. Specifically, it is provided at a position ⁇ / 4 away from the far end 12 of the antenna on a straight line Lx1 passing through the center of the main plate 10 and parallel to the X axis.
- the antenna far end 12 is the end on which the opposing conductor plate 30 as the antenna element 2 is not arranged.
- the portion of the main plate 10 ⁇ / 4 away from the far end 12 of the antenna is also referred to as the ⁇ / 4 point.
- the base plate 10 may be arranged at a position where the distance from the end in the positive direction of the X-axis is 3 times or 5 times ⁇ / 4.
- the cable connection point 11 may be provided at a position where the distance ⁇ from the end of the main plate 10 is ⁇ / 4 ⁇ N (N is an odd number). Further, the cable connection point 11 may be arranged at a position an odd multiple of ⁇ / 4 from the far end 12 of the antenna, and the position in the Y direction is not limited to the straight line Lx1. It may be arranged at a position deviated from the position shown in FIG. 3 in the positive or negative direction of the Y axis.
- the grounding cable 51 is wired from the cable connection point 11 in a posture parallel to the Y axis, or is wired at a distance of ⁇ / 20 or more from the main plate 10. According to such a configuration, it is possible to prevent the grounding cable 51 from being electrically or electromagnetically coupled to the main plate 10 except at the cable connection point 11.
- the potential at the far end 12 of the antenna is maximum, and the potential is minimum at the position ⁇ / 4 ⁇ N from the far end 12 of the antenna. It becomes.
- the potential of the main plate 10 does not change even if the conductors are close to each other. Therefore, at the point where the potential is minimized, the current does not change even if the conductors are close to each other. Therefore, according to the configuration in which the cable connection point 11 is provided at a position that is an odd multiple of ⁇ / 4 from the far end 12 of the antenna, it is possible to suppress the leakage current from the main plate 10 to the grounding cable 51.
- FIGS. 5 and 6 show the directivity depending on the presence or absence of the grounding cable 51 when the cable connection point 11 is provided at a position ⁇ / 2 away from the far end 12 of the antenna and when the cable connection point 11 is provided at a position ⁇ / 4 away. This is the result of analyzing the change.
- FIG. 5 shows a case where the cable connection point 11 is provided at a position ⁇ / 2 away from the antenna far end 12, and
- FIG. 6 shows a case where the cable connection point 11 is provided at a position ⁇ / 4 away from the antenna far end 12. The case where it is provided is shown.
- the broken lines in FIGS. 5 and 6 show the directivity simulation results when the grounding cable 51 does not exist, and the solid line shows the directivity simulation results when the grounding cable 51 exists.
- the gap between the broken line and the solid line in FIGS. 5 and 6 indicates the degree of influence of the grounding cable 51 on the directivity.
- FIGS. 5 and 6 according to the configuration in which the positions of the cable connection points 11 are provided at positions separated by ⁇ / 4, it is possible to suppress the disturbance of the directivity due to the grounding cable 51.
- the disturbance of the directivity is caused by the leakage current to the grounding cable 51. That is, FIGS. 5 and 6 indirectly show that the leakage current to the grounding cable 51 can be suppressed by the configuration in which the positions of the cable connection points 11 are provided at positions separated by ⁇ / 4.
- the method of connecting the cable to the main plate 10 works particularly preferably in a configuration in which the length of the main plate 10 in the lateral direction is less than 0.75 ⁇ . Further, it is particularly suitable in a configuration in which the main plate 10 is a rectangle having a longitudinal direction and the antenna element 2 is arranged at one end in the longitudinal direction. This is because in the configuration in which the antenna element 2 is arranged at one end in the longitudinal direction, a current flows toward the far end 12 of the antenna, which is the opposite end, and an antinode and a node of the voltage distribution are easily formed. be.
- the antenna element 2 including the opposed conductor plate 30 and the short-circuit portion 40 resonates in LC in parallel, so that the vertical polarization of the main plate can be transmitted and received in the horizontal direction of the antenna.
- a monopole antenna may be adopted as the antenna element 2.
- the antenna device 1 can be realized with a height (in other words, a thickness) of about ⁇ / 100. That is, according to the configuration of the above disclosure, the height of the antenna device 1 can be suppressed.
- the main plate 10 faces the surface of the B pillar 91 on the outer surface of the vehicle interior of the B pillar 91 of the vehicle, and the X-axis direction is the B pillar 91. It may be mounted and used in a posture along the longitudinal direction (in other words, the vehicle height direction). Alternatively, it may be attached to the portion of the door panel that overlaps with the B pillar 91 in the above posture.
- the positive direction of the Z axis which is the upward direction for the antenna device 1, substantially coincides with the vehicle width direction, and the horizontal direction of the antenna is the direction along the side surface of the vehicle (in other words, parallel).
- the communication area can be formed along the side surface of the vehicle.
- the mounting position and mounting posture of the antenna device 1 are not limited to the above example.
- the antenna device 1 can be attached to an arbitrary position on the outer surface of the vehicle, such as the outer surface of the vehicle interior of the A-pillar 92 and the C-pillar, the rocker portion (in other words, the side sill) 94, and the inside / vicinity of the outer door handle 95. ..
- the antenna device 1 may be housed inside the outer door handle 95 in a posture in which the X-axis direction is along the longitudinal direction of the handle and the Y-axis is along the vehicle height direction. Further, the antenna device 1 may be mounted on the roof portion 93.
- the antenna device 1 discloses a configuration in which the antenna element 2 includes a configuration including a facing conductor plate 30 and a short-circuit portion 40.
- the configuration using the 0th-order resonant antenna as the antenna element 2 has been disclosed, but the present invention is not limited to this.
- the antenna element 2 may be a monopole antenna or a patch antenna.
- the antenna element 2 may be an inverted F antenna or a loop antenna.
- Various antenna configurations can be adopted as the antenna element 2 of the antenna device 1.
- the grounding cable 51 may be connected vertically to the main plate 10 by using the connector 52 as shown in FIG. According to such a configuration, it is possible to reduce the possibility that the grounding cable 51 and the main plate 10 are electrically or electromagnetically coupled to each other except at the cable connection point 11.
- a slit 13 having a width W is provided from the far end 12 of the antenna toward the ⁇ / 4 point, and the grounding cable 51 is wired so as to pass over the center line of the slit 13. You may.
- the grounding cable 51 is connected to the main plate 10 at the rear end of the slit 13.
- the back side refers to the direction from the far end 12 of the antenna toward the opposite end of the extension direction of the slit 13.
- the width W may be wide enough so that the grounding cable 51 passing through the center of the slit 13 and the main plate 10 are not electromagnetically coupled.
- the width W can be ⁇ / 10 or more. According to this configuration, the distance between the grounding cable 51 and the main plate 10 in the Y-axis direction is approximately ⁇ / 20 or more, and electromagnetic coupling can be suppressed.
- An insulating layer corresponding to the support plate 20 may be formed on the lower side of the main plate 10. That is, the main plate 10 may be realized by using the inner layer of the printed circuit board. In the configuration in which the main plate 10 is realized by using the inner layer of the printed multilayer board, it is difficult to attach the connector 52 to the inner end portion of the slit 13. Therefore, as shown in FIG. 10, a leader line 14 which is a conductive line passing through the center of the slit 13 is formed from the ⁇ / 4 point 11a to the far end 12 of the antenna, and the grounding cable 51 is attached to the end of the leader line 14. You may connect.
- the leader line 14 corresponds to, for example, a patterned wiring.
- the leader line 14 may be formed as a microstrip or stripline.
- the connector 52 can be arranged at the far end 12 of the antenna, but the substantial connection point can be the ⁇ / 4 point.
- This configuration corresponds to a configuration in which the grounding cable 51 is electrically connected to the main plate 10 via the leader line 14 by connecting the grounding cable 51 in series to the leader line 14.
- the leader line 14 may be attached to an insulating layer as a support plate 20 formed on at least one of the upper side and the lower side of the main plate 10.
- the antenna device 1 is configured by using a multilayer board including a plurality of conductor layers and an insulating layer, the communication cable can be electrically connected at any place of the conductor layer different from the conductor layer as the main plate 10. Is.
- the main plate 10 may be substantially rectangular in shape, and may have rounded corners. Further, the edge portion of the main plate 10 may be partially or wholly formed in a meander shape.
- the rectangular shape also includes a shape in which minute irregularities are provided on the edge thereof.
- the unevenness provided on the edge of the main plate 10 and the slit formed at a position away from the edge of the main plate 10 define the appearance shape of the main plate 10 as long as it does not affect the antenna operation. It can be ignored.
- the minute unevenness here refers to an unevenness of about several mm.
- the facing conductor plate 30 may be provided with a slit or may have rounded corners.
- a notch portion as a degenerate separation element may be provided on a pair of diagonal portions.
- the edge portion of the opposed conductor plate 30 may be partially or wholly set in a meander shape. The unevenness provided on the edge of the opposed conductor plate 30 to the extent that it does not affect the operation can be ignored and handled.
- the shape of the main plate 10 and the arrangement mode of the opposing conductor plate 30 with respect to the main plate 10 are not limited to the configuration disclosed as the embodiment.
- the opposed conductor plate 30 may be arranged so that the end portion on the negative direction side of the X axis is aligned with the end portion on the negative direction side of the X axis of the main plate 10.
- the support plate 20 and the transmission / reception circuit 70 are not shown. The dimensions of each figure are examples and can be changed as appropriate.
- Lx2 shown in FIG. 12 shows a straight line passing through the center of the opposed conductor plate 30 and parallel to the X axis.
- ⁇ X in FIG. 12 represents an offset amount in the X-axis direction of the opposing conductor plate 30 with respect to the main plate 10
- ⁇ Y represents an offset amount in the Y-axis direction.
- ⁇ X and ⁇ Y may have the same value or may have different values.
- the configuration disclosed in FIG. 12 corresponds to a configuration in which the opposed conductor plates 30 are arranged so as to be displaced by a predetermined amount in the X-axis direction and the Y-axis direction from the positions concentric with the main plate 10.
- the end portion of the main plate 10 as a reference when the cable connection point 11 is provided is not limited to the end portion in the longitudinal direction. As shown in FIG. 13, it may be provided at a position that is an odd multiple of ⁇ / 4 from the end portion in the lateral direction that is relatively far from the short-circuit portion 40.
- the antenna device 1 may include a case 60 for accommodating the facing conductor plate 30 and the support plate 20 on which the short-circuit portion 40 is formed.
- FIG. 14 is a diagram conceptually showing the internal configuration of the case 60. In order to ensure the visibility of the figure, hatching and the like indicating the material type are omitted.
- the case 60 is configured by combining, for example, an upper case and a lower case that are vertically separable.
- the case 60 is made of, for example, a polycarbonate (PC) resin.
- the case 60 includes a case bottom portion 61, a side wall portion 62, and a case top plate portion 63.
- the case bottom 61 is configured to provide the bottom of the case 60.
- the case bottom 61 is formed in a flat plate shape.
- the circuit board including the main plate 10, the opposed conductor plate 30, the transmission / reception circuit 70, and the like is arranged so that the main plate 10 faces the bottom of the case 61.
- the side wall portion 62 is configured to provide the side surface of the case 60, and is erected upward from the edge portion of the case bottom portion 61.
- the height of the side wall portion 62 is designed so that, for example, the distance between the inner surface of the case top plate portion 63 and the opposing conductor plate 30 is ⁇ / 25 or less.
- the case top plate portion 63 is configured to provide an upper surface portion of the case 60.
- the case top plate portion 63 of the present embodiment is formed in a flat plate shape. As the shape of the case top plate portion 63, various other shapes such as a dome shape can be adopted.
- the case top plate portion 63 is configured such that the inner surface faces the support plate upper side surface 20a.
- the side wall portion 62 is provided with a cable pull-out portion 64 which is a hole for pulling out the grounding cable 51 and the like. According to the configuration in which the cable drawing portion 64 is provided on the side wall portion 62, it is possible to improve the mountability on the B pillar 91 or the like.
- the vertical electric field radiated by the LC resonance mode is suppressed from wrapping upward from the edge portion of the opposing conductor plate 30.
- the radiation gain in the horizontal direction of the antenna can be increased.
- the term “near the facing conductor plate 30” refers to a region where the distance from the facing conductor plate 30 is electrically equal to or less than 1/25 of the target wavelength.
- the case top plate portion 63 may be formed with an upper rib 631 that abuts on the edge portion of the opposed conductor plate 30.
- the upper rib 631 has a convex structure formed downward on the inner side surface of the case top plate portion 63.
- the upper rib 631 is provided so as to come into contact with the edge portion of the opposed conductor plate 30.
- the upper rib 631 fixes the position of the support plate 20 in the case 60, suppresses the wraparound of the vertical polarization of the main plate from the end of the opposite conductor plate 30 to the upper side, and improves the radiation gain in the horizontal direction of the antenna. It works.
- a metal pattern such as copper foil may be imparted to the vertical surface of the upper rib 631 which is connected to the edge of the opposed conductor plate 30, in other words, the outer side surface.
- the inside of the case 60 is filled with a sealing material 65 such as silicon.
- a sealing material 65 such as silicon.
- a urethane resin such as a polyurethane prepolymer can be used.
- various other materials such as epoxy resin and silicon resin can be adopted. According to the configuration in which the case 60 is filled with the sealing material 65, the sealing material 65 located above the opposing conductor plate 30 suppresses the wraparound of the vertical polarization of the main plate from the end portion of the opposing conductor plate 30 to the upper side. It has the effect of improving the radiation gain in the horizontal direction of the antenna.
- the case 60 may be formed of at least a side surface portion and an upper surface portion made of a resin or ceramic having a predetermined relative permittivity. Further, according to the configuration in which the sealing material 65 is filled in the case 60, waterproofness, dustproofness, and vibration resistance can be improved.
- the filling of the sealing material 65 in the case 60 is an arbitrary element.
- the upper rib 631 is also an optional element.
- the case top plate portion 63, the upper rib 631, and the sealing material 65 are configured to play a role of suppressing the vertical electric field radiated by the LC resonance mode from wrapping up from the edge portion of the opposed conductor plate 30.
- the above configuration corresponds to a configuration in which a radio wave blocking body configured by using a conductor or a dielectric is arranged on the upper side of the opposed conductor plate 30.
- Either one of the case bottom 61 and the case top plate 63 included in the case 60 may be omitted.
- the sealing material 65 uses a resin that maintains solidity in a predetermined operating temperature range assumed as the temperature of the environment in which the antenna device 1 is used. It is preferable that it is realized.
- the operating temperature range can be, for example, ⁇ 30 ° C. or higher and 100 ° C. or lower.
- the configuration in which either one of the case bottom portion 61 and the case top plate portion 63 is omitted is a case in which the upper surface or the bottom surface of the case is an opening.
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Abstract
アンテナ装置は長方形状の地板(10)と、アンテナ素子(2)と、を備える。地板(10)の短辺は送受信の対象とする電波の波長(λ)の半分よりも短く設定されている。アンテナ素子(2)は、地板(10)の長手方向の一方の端部に寄った位置に配置されている。地板(10)には、地板(10)の長手方向の端部のうち、アンテナ素子(2)から遠い方の端部であるアンテナ遠方端から、λ/4の奇数倍となる位置である接続点(11)で接地用ケーブル(51)と接続されている。
Description
この出願は、2020年6月26日に日本に出願された特許出願第2020-110670号を基礎としており、基礎の出願の内容を、全体的に、参照により援用している。
本開示は、外部装置とケーブル接続して使用されるアンテナ装置に関する。
アンテナ装置として、モノポールアンテナやパッチアンテナなど、種々のアンテナ装置が提案及び開発されている(例えば特許文献1)。これらのアンテナ装置は、放射素子とは別に、接地電位を提供する導体板である地板を備えている。
これらのアンテナ装置において、地板の面積が、送受信の対象とする電波の波長に対して不十分である場合、地板からケーブルに漏洩する電流(以下、漏洩電流)が増大し、利得が低下したり、指向性が不安定となったりしうる。
そのような課題に関連する技術として、特許文献1には、ローパスフィルタとして機能する回路素子であるフィルター素子を用いて高周波電流をフィルタリングすることにより、ケーブルへの漏洩電流を抑制する方法が開示されている。
特許文献1に開示の構成では、フィルター素子が必要となるため、フィルター素子の分だけコストが増加する課題がある。
本開示は、この事情に基づいて成されたものであり、その目的とするところは、コストの増加を抑制しつつ、ケーブルへの漏洩電流を抑制可能なアンテナ装置を提供することにある。
その目的を達成するためのアンテナ装置は、矩形状に形成された平板状の導体部材である地板と、給電線と電気的に接続する給電点が設けられている導体部材であるアンテナ素子と、を備え、地板の所定方向の長さは送受信の対象とする電波の波長である対象波長よりも短く設定されており、地板には、地板の縁部からの距離が対象波長の4分の1の奇数倍となる位置に、接地用ケーブルが接続されている。
開発者らは、地板面積を削減したアンテナ装置の作動をシミュレーション等により検証したところ、地板の縁部から対象波長の4分の1の奇数倍となる位置は、電位分布の節(いわゆるノード)として振る舞うといった知見を得た。電位分布の節とは電位が最小となる箇所を指す。上記の構成は、当該知見に基づいて創出されたものであって、地板の縁部から対象波長の4分の1の奇数倍となる位置に接地用ケーブルを接続した構成によれば、接地用ケーブルと地板との電位差が生じにくいため、漏洩電流を抑制することができる。また上記構成によれば、ケーブルへの漏洩電流抑制のためのフィルター素子は不要である。つまり、コストの増加を抑制しつつ、ケーブルへの漏洩電流を抑制可能となる。
なお、請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本開示の技術的範囲を限定するものではない。
以下、本開示の実施形態について図を用いて説明する。なお、以降において同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。また、構成の一部のみに言及している場合、他の部分については先に説明した実施形態の構成を適用することができる。
図1は、本実施形態に係るアンテナ装置1の概略的な構成の一例を示す外観斜視図である。図2は、図1に示すII-II線におけるアンテナ装置1の断面図である。アンテナ装置1は、例えば、車両などの移動体に搭載されて用いられる。
このアンテナ装置1は、所定の対象周波数の電波を送受信するように構成されている。もちろん、他の態様としてアンテナ装置1は、送信と受信の何れか一方のみに利用されても良い。電波の送受信には可逆性があるため、或る周波数の電波を送信可能な構成は、当該周波数の電波を受信可能な構成でもある。
対象周波数は、ここでは一例として2.45GHzとする。もちろん、対象周波数は適宜設計されれば良く、他の態様として例えば300MHzや、760MHz、850MHz、900MHz、1.17GHz、1.28GHz、1.55GHz、5.9GHz等としてもよい。アンテナ装置1は、対象周波数だけでなく、対象周波数を基準として定まる所定範囲内の周波数の電波もまた送受信可能である。例えばアンテナ装置1は、2400MHzから2500MHzまでの帯域である2.4GHz帯に属する周波数を送受信可能に構成されている。
つまり、アンテナ装置1は、Bluetooth Low Energy(Bluetoothは登録商標)や、Wi-Fi(登録商標)、ZigBee(登録商標)等といった、近距離無線通信で使用される周波数帯の電波を送受信可能に構成されている。換言すれば、アンテナ装置1は、国際電気通信連合によって規定されている、産業、科学、及び医療分野で汎用的に使うために割り当てられた周波数の帯域(いわゆるISMバンド)の電波を送受信可能に構成されている。
以降における「λ」は、対象波長を表す。対象波長とは、対象周波数の電波の波長である。例えば「λ/2」及び「0.5λ」は対象波長の半分の長さを指し、「λ/4」及び「0.25λ」は対象波長の4分の1の長さを指す。なお、真空中及び空気中における2.4GHzの電波の波長(つまりλ)は125mmである。
アンテナ装置1は、例えばケーブルを介して、車両に搭載されている通信用のECU(Electronic Control Unit)と接続されており、アンテナ装置1が受信した信号は通信用ECUに逐次出力される。また、アンテナ装置1は通信用ECUから入力される電気信号を電波に変換して空間に放射する。通信用ECUは、アンテナ装置1が受信した信号を利用するとともに、当該アンテナ装置1に対して送信信号に応じた高周波電力を供給するものである。
ここでは一例としてアンテナ装置1と通信用ECUとは、AV線で接続する場合を想定して説明する。AV線は、自動車用低圧電線であって、軟銅より線を例えば塩化ビニルなどの絶縁材料で被覆することによって実現されている。AV線の「A」は自動車用低圧電線を指し、「V」はビニルを指す。アンテナ装置1に接続するAV線としては、接地電位を提供するためのAV線である接地用ケーブルと、信号が流れるAV線である信号用ケーブルとがある。なお、アンテナ装置1と通信用ECUとの接続ケーブルとしては、自動車用薄肉低圧電線(AVSSケーブル)や、自動車用圧縮導体超薄肉塩化ビニル絶縁低圧電線(CIVUSケーブル)なども採用可能である。AVSSの「SS」は極薄肉型を指す。CIVUSの「C」は圧縮導体型、「I」はISO規格、「V」はビニル、「US」は超極薄肉型を指す。また、アンテナ装置1と通信用ECUとを接続するケーブルとしては同軸ケーブルやフィーダ線など、その他の通信ケーブルを用いて接続しても良い。アンテナ装置1とケーブルとの接続点にはインピーダンス整合回路などが設けられていても良い。
以下、アンテナ装置1の具体的な構成について述べる。図1に示すようにアンテナ装置1は、地板10、支持板20、対向導体板30、及び短絡部40を備えている。便宜上以降では、地板10に対して対向導体板30が設けられている側を、アンテナ装置1にとっての上側として各部の説明を行う。つまり、地板10から対向導体板30に向かう方向がアンテナ装置1にとっての上方向に相当する。また、対向導体板30から地板10に向かう方向がアンテナ装置1にとっての下方向に相当する。
地板10は、銅などの導体を素材とする板状の導体部材である。地板10は、支持板20の下側面に沿って設けられている。ここでの板状には金属箔のような薄膜状も含まれる。つまり、地板10はプリント配線板等の樹脂製の板の表面に電気メッキ等によってパターン形成されたものでもよい。また、地板10は、複数の導体層及び絶縁層を含む多層基板の内部に配置された導体層を用いて実現されていても良い。この地板10は、接地用ケーブル51と電気的に接続されて、アンテナ装置1におけるグランド電位(換言すれば接地電位)を提供する。地板10は接地用ケーブル51と直接的又は間接的に接続される導体板に相当する。接地用ケーブル51は、接地側電線と呼ぶこともできる。接地用ケーブル51は同軸ケーブルの外部導体であってもよい。地板10と接地用ケーブル51との接続点であるケーブル接続点11の位置については別途説明する。
地板10は、長方形状に形成されている。地板10の短辺の長さは、例えば、電気的に0.4λに相当する値に設定されている。また、地板10の長辺の長さは、電気的に1.2λに設定されている。ここでの電気的な長さとは、フリンジング電界や、誘電体による波長短縮効果などを考慮した、実効的な長さである。当該構成は、短手方向の長さが対象波長よりも短く、かつ、長手方向の長さは短手方向の2倍以上に設定されている長方形状の地板10に相当する。なお、地板10の短辺の長さは、0.6λや、0.8λなどであってもよい。地板10の短辺はλ/4よりも長ければよい。地板10の長手方向の長さは、短手方向よりも長ければよく、1.0λや、1.5λなどであってもよい。地板10の短辺と長辺の長さの比は、概ね1:2、1:3、1:4、2:3、2:5などとすることができる。なお、支持板20が比誘電率4.3の誘電体を用いて形成されている場合、地板10表面での波長は、支持板20としての誘電体の波長短縮効果によって理論上は60mm程度となる。故に、電気的に1.2λに相当する長さとは、72mmとなる。
図1等の種々の図に示すX軸は地板10の長手方向を、Y軸は地板10の短手方向を、Z軸は上下方向をそれぞれ表している。Y軸方向が所定方向に相当する。これらX軸、Y軸、及びZ軸を備える3次元座標系は、アンテナ装置1の構成を説明するための概念である。なお、他の態様として地板10が正方形状である場合には、任意の1辺に沿う方向をX軸とすることができる。
なお、地板10は、少なくとも対向導体板30よりも大きければよい。地板10の寸法は適宜変更可能である。地板10の1つの辺の長さは、電気的に1波長よりも小さい値、例えば対象波長の1/3に設定されていても良い。また、地板10を上側から見た形状である平面形状は適宜変更可能である。ここでは一例として地板10の平面形状を長方形状とするが、他の態様として地板10の平面形状は、正方形状であってもよい。また、その他の多角形状であってもよい。例えば地板10は、1辺が電気的に1波長に相当する値に設定された正方形状であってもよい。矩形状には、長方形と正方形とが含まれる。
支持板20は、地板10と対向導体板30とを、所定の間隔をおいて互いに対向配置するための板状部材である。支持板20は矩形平板状であり、支持板20の大きさは平面視において地板10とほぼ同じ大きさである。支持板20は、例えばガラスエポキシ樹脂など、所定の比誘電率を有する誘電体を用いて実現されている。ここでは一例として支持板20は比誘電率4.3のガラスエポキシ樹脂、いわゆるFR4(Flame Retardant Type 4)を用いて実現されている。
本実施形態では一例として支持板20の厚さH1は、例えば1.5mmに形成されている。支持板20の厚さH1は、地板10と対向導体板30との間隔に相当する。支持板20の厚さH1を調整することで、対向導体板30と地板10との間隔を調整することができる。支持板20の厚さH1の具体的な値はシミュレーションや試験によって適宜決定されれば良い。もちろん、支持板20の厚さH1は、2.0mmや、3.0mmなどであってもよい。なお、支持板20での波長は、誘電体の波長短縮効果によって60mm程度となる。故に、厚さ1.5mmという値は、電気的に対象波長の40分の1(つまりλ/40)に相当する。
なお、支持板20は前述の役割を果たせればよく、支持板20の形状は適宜変更可能である。対向導体板30を地板10に対向配置するための構成は、複数の柱であってもよい。また、本実施形態において地板10と対向導体板30の間は、支持板20としての樹脂が充填された構成を採用するが、これに限らない。地板10と対向導体板30の間は、中空や真空となっていてもよい。支持板20としては、ハニカム構造などを採用することもできる。さらに、以上で例示した構造が組み合わさっていてもよい。アンテナ装置1がプリント配線板を用いて実現される場合には、プリント配線板が備える複数の導体層を、地板10や、対向導体板30として利用するとともに、導体層を隔てる樹脂層を支持板20として利用してもよい。
支持板20の厚さH1は、後述するように短絡部40の長さを調整するパラメータとしても機能する。換言すれば、支持板20の厚さH1は、短絡部40が提供するインダクタンスを調整するパラメータとして機能する。加えて厚さH1は、地板10と対向導体板30とが対向することによって形成される静電容量を調整するパラメータとしても機能する。
支持板20において対向導体板30が配置されている側の面である支持板上側面20aには、送受信回路70が形成されていてもよい。送受信回路70は、変調、復調、周波数変換、増幅、デジタルアナログ変換、及び検波の少なくとも何れか1つを実施する回路モジュールである。送受信回路70は、ICや、アナログ回路素子、コネクタなど、多様な部品の電気的集合体である。送受信回路70は、給電線路71としてのマイクロストリップなどで対向導体板30と電気的に接続されている。また、送受信回路70は、ビアまたは短絡ピン等を介して地板10とも接続されている。送受信回路70は、信号用ケーブルとしてのAV線とも電気的に接続されている。つまり、送受信回路70は信号用ケーブルを介して通信用ECUと接続されている。なお、アンテナ装置1における信号用ケーブルの接続箇所は任意の位置をすることができる。
対向導体板30は、銅などの導体を素材とする板状の導体部材である。ここでの板状には、前述の通り、銅箔などの薄膜状も含まれる。対向導体板30は、支持板20を介し、地板10と対向するように配置されている。対向導体板30もまた地板10と同様にプリント配線板等の、樹脂製の板の表面にパターン形成されたものでもよい。また、ここでの「平行」とは完全な平行状態に限らない。数度から30度程度傾いていても良い。つまり概ね平行である状態(いわゆる略平行な状態)を含みうる。本開示における「垂直」という表現についても、完全に垂直な状態に限らず、数度から30度程度傾いている態様も含まれる。
対向導体板30と地板10とは、互いに対向配置されることで、対向導体板30の面積や、対向導体板30と地板10との間隔に応じた静電容量を形成する。対向導体板30は、短絡部40が備えるインダクタンスと対象周波数において並列共振する静電容量を形成する大きさに形成されている。対向導体板30の面積は、所望の静電容量を提供するように適宜設計されればよい。所望の静電容量とは、短絡部40のインダクタンスとの協働により対象周波数で動作する静電容量である。なお、動作周波数をf、短絡部40が備えるインダクタンスをL、対向導体板30が地板10との間に形成する静電容量をCとすると、f=1/{2π√(LC)}の関係が成り立つ。当業者であれば、当該関係式をもとに、適正な対向導体板30の面積を決定することは可能である。
例えば対向導体板30は、一辺が電気的に12mmmの正方形状に形成されている。対向導体板30の表面での波長は支持板20の波長短縮効果によって60mm程度となるため、12mmという値は、電気的に0.2λに相当する。もちろん、対向導体板30の一辺の長さは適宜変更可能であり、14mmや、15mm、20mm、25mmなどであっても良い。なお、対向導体板30の平面形状は、円形や、正八角形、正六角形などであってもよい。また、対向導体板30は、長方形状や長楕円形などであってもよい。
対向導体板30には給電点31が形成されている。給電点31は給電線路71と対向導体板30とが電気的に接続される部分である。本構成において給電点31は、任意の位置に配置可能である。給電線路71とのインピーダンスの整合が取れる位置に設けられればよい。換言すれば給電点31は、リターンロスが所定の許容レベルとなる位置に設けられればよい。給電点31は、例えば対向導体板30の縁部や中央領域など、任意の位置に配置することができる。ここでは一例として対向導体板30の中心を通りかつX軸に平行な直線上に給電点31が形成されている。
なお、対向導体板30への給電方式としては、直結給電方式や電磁結合方式など多様な方式を採用可能である。直結給電方式は、給電線路71と対向導体板30とが直接接続される方式を指す。電磁結合方式は、給電用のマイクロストリップ線路等と対向導体板30との電磁結合を利用した給電方式を指す。
短絡部40は、地板10と対向導体板30とを電気的に接続する導電性の部材である。短絡部40は、導電性のピンであるショートピンを用いて実現されれば良い。短絡部40としてのショートピンの径や長さを調整することによって、短絡部40が備えるインダクタンスを調整することができる。
なお、短絡部40は、一端が地板10と電気的に接続され、他端が対向導体板30と電気的に接続された線状の部材であればよい。アンテナ装置1がプリント配線板を基材として用いて実現される場合には、プリント配線板に設けられたビアを短絡部40として利用することができる。
短絡部40は、例えば導体板中心に位置するように設けられている。ここでの導体板中心とは対向導体板30の中心を指す。導体板中心は、対向導体板30の重心に相当する。本実施形態では対向導体板30が正方形状であるため、導体板中心とは、対向導体板30の2つの対角線の交点に相当する。なお、地板10と対向導体板30とが同心となる配置態様とは、上面視において対向導体板30の中心と地板10の中心とが重なる配置態様に相当する。
なお、短絡部40の形成位置は、厳密に導体板中心と一致している必要はない。短絡部40は導体板中心から数mm程度ずれていてもよい。短絡部40は、対向導体板30の中央領域に形成されていれば良い。対向導体板30の中央領域とは、導体板中心から縁部までを1:5に内分する点を結ぶ線よりも内側の領域を指す。中央領域は、別の観点によれば、対向導体板30を6分の1程度に相似縮小した同心図形が重なる領域に相当する。
<地板10に対する対向導体板30の位置について>
対向導体板30は、図3に示すように、或る1組の対辺がX軸と平行となり、かつ、他の組の対辺がY軸に平行となる姿勢で地板10と対向配置されている。例えば、対向導体板30は、その中心が地板10の中心から所定のオフセット量ΔXだけX軸負方向にずれた位置に配置されている。オフセット量ΔXは例えば、0.125λ、0.25λ、0.5λなどとすることができる。対向導体板30は、地板10のX軸負方向の端部に沿うように配置されていても良い。オフセット量ΔXは、上面視において対向導体板30が地板10の外側にはみ出さない範囲において適宜変更可能である。対向導体板30は、少なくとも全領域(換言すれば全面)が地板10と対向するように配置されている。オフセット量ΔXは、地板10の中心と対向導体板30の中心のずれ量に相当する。
対向導体板30は、図3に示すように、或る1組の対辺がX軸と平行となり、かつ、他の組の対辺がY軸に平行となる姿勢で地板10と対向配置されている。例えば、対向導体板30は、その中心が地板10の中心から所定のオフセット量ΔXだけX軸負方向にずれた位置に配置されている。オフセット量ΔXは例えば、0.125λ、0.25λ、0.5λなどとすることができる。対向導体板30は、地板10のX軸負方向の端部に沿うように配置されていても良い。オフセット量ΔXは、上面視において対向導体板30が地板10の外側にはみ出さない範囲において適宜変更可能である。対向導体板30は、少なくとも全領域(換言すれば全面)が地板10と対向するように配置されている。オフセット量ΔXは、地板10の中心と対向導体板30の中心のずれ量に相当する。
なお、図3では地板10と対向導体板30の位置関係を明示するために、支持板20及び送受信回路70等は透過させている。つまり図示を省略している。図3に示す一点鎖線Lx1は、地板10の中心を通ってX軸に平行な直線を表しており、一点鎖線Ly1は、地板10の中心を通ってY軸に平行な直線を表している。二点鎖線Ly2は、対向導体板30の中心を通ってY軸に平行な直線を表す。直線Lx1は、別の観点によれば、地板10や対向導体板30にとっての対称軸に相当する。直線Ly1は地板10にとっての対称軸に相当する。直線Ly2は対向導体板30にとっての対称軸に相当する。一点鎖線Lx1は、対向導体板30の中心も通る。つまり、一点鎖線Lx1は、X軸に平行な直線であって地板10と対向導体板30の中心を通る直線に相当する。直線Lx1と直線Ly1との交点が地板中心に相当し、直線Lx1と直線Ly2の交点は導体板中心に相当する。
<アンテナ装置1の動作原理について>
ここではアンテナ装置1の動作を説明する。アンテナ装置1は、対向導体板30はその中央領域に設けられた短絡部40で地板10に短絡されており、かつ、対向導体板30の面積は、短絡部40が備えるインダクタンスと対象周波数において並列共振する静電容量を形成する面積となっている。
ここではアンテナ装置1の動作を説明する。アンテナ装置1は、対向導体板30はその中央領域に設けられた短絡部40で地板10に短絡されており、かつ、対向導体板30の面積は、短絡部40が備えるインダクタンスと対象周波数において並列共振する静電容量を形成する面積となっている。
このため、送受信回路70から高周波信号が入力されると、インダクタンスと静電容量との間のエネルギー交換によってLC並列共振が生じ、地板10と対向導体板30との間には、地板10および対向導体板30に対して垂直な電界が発生する。この垂直電界は、短絡部40から対向導体板30の縁部に向かって伝搬していき、対向導体板30の縁部において、垂直電界は地板10に垂直な偏波面を持つ直線偏波である地板垂直偏波になって空間を伝搬していく。つまり、短絡部40及び対向導体板30を含む構成が、放射素子、換言すればアンテナ素子2として機能する。なお、ここでの地板垂直偏波とは、電界の振動方向が地板10や対向導体板30に対して垂直な電波を指す。
また、アンテナ装置1は対象周波数において、アンテナ水平方向に指向性を有する。故に、地板10が水平となるように配置されている場合、アンテナ装置1は水平方向にメインビームを備えるアンテナとして機能する。ここでのアンテナ水平方向とは、対向導体板30の中心からその縁部に向かう方向を指す。アンテナ水平方向は、別の観点によれば、対向導体板30の中心を通る地板10への垂線に直交する方向を指す。アンテナ水平方向は、さらに言い換えれば、アンテナ装置1にとっての横方向(換言すれば側方)に相当する。
なお、アンテナ装置1が電波を送信(放射)する際の作動と、電波を受信する際の作動は、互いに可逆性を有する。つまり上記アンテナ装置1によれば、アンテナ水平方向から到来する地板垂直偏波を受信できる。
<地板10におけるケーブル接続点11の位置について>
本開示において接地用ケーブル51と地板10との接続点であるケーブル接続点11は、地板10のX軸正方向の端部(図面上の右端)からの距離αがλ/4となる位置に配置されている。具体的には、地板10の中心を通ってX軸に平行な直線Lx1上において、アンテナ遠方端12から、λ/4離れた位置に設けられている。アンテナ遠方端12とは、アンテナ素子2としての対向導体板30が配置されていない方の端部である。以降では便宜上、アンテナ遠方端12からλ/4離れた地板10の部分をλ/4地点とも記載する。
本開示において接地用ケーブル51と地板10との接続点であるケーブル接続点11は、地板10のX軸正方向の端部(図面上の右端)からの距離αがλ/4となる位置に配置されている。具体的には、地板10の中心を通ってX軸に平行な直線Lx1上において、アンテナ遠方端12から、λ/4離れた位置に設けられている。アンテナ遠方端12とは、アンテナ素子2としての対向導体板30が配置されていない方の端部である。以降では便宜上、アンテナ遠方端12からλ/4離れた地板10の部分をλ/4地点とも記載する。
なお、地板10のX軸正方向の端部からの距離がλ/4の3倍や5倍となる位置に配置されていてもよい。ケーブル接続点11は、地板10の端部からの距離αがλ/4×N(Nは奇数)となる位置に設けられていればよい。また、ケーブル接続点11は、アンテナ遠方端12からλ/4の奇数倍離れた位置に配置されていればよく、Y方向の位置は、直線Lx1上に限定されない。図3に示す位置からY軸正又は負方向にずれた位置に配置されていても良い。
接地用ケーブル51はケーブル接続点11からY軸に平行な姿勢で配線されるか、地板10からλ/20以上離れて配線されることが好ましい。そのような構成によればケーブル接続点11以外において接地用ケーブル51が地板10と電気的或いは電磁気的に結合することを抑制することができる。
<作用効果>
シミュレーションの結果、LC並列共振によって地板10に流れる電流は、主として、短絡部40から地板10の縁部に向かって流れることが確認されている。また、対向導体板30から短絡部40を通って地板10に流れ込んだ電流は、短絡部40から地板10の長手方向の両側に流れる。つまり、地板10に流れる電流は、短絡部40からアンテナ遠方端12に向かって流れる。
シミュレーションの結果、LC並列共振によって地板10に流れる電流は、主として、短絡部40から地板10の縁部に向かって流れることが確認されている。また、対向導体板30から短絡部40を通って地板10に流れ込んだ電流は、短絡部40から地板10の長手方向の両側に流れる。つまり、地板10に流れる電流は、短絡部40からアンテナ遠方端12に向かって流れる。
ここで、アンテナ遠方端12では電流はゼロとなることから、図4に示すように、アンテナ遠方端12での電位は最大となり、アンテナ遠方端12からλ/4×Nの位置では電位は最小となる。電位が最小となる点においては、導体が近接しても地板10の電位は変化しない。故に、電位が最小となる点においては、導体が近接しても電流の変化も生じないことなる。そのため、アンテナ遠方端12からλ/4の奇数倍となる位置にケーブル接続点11を設けた構成によれば、地板10から接地用ケーブル51への漏洩電流を抑制することが可能となる。
図5及び図6は、ケーブル接続点11をアンテナ遠方端12からλ/2離れた位置に設けた場合と、λ/4離れた位置に設けた場合の、接地用ケーブル51の有無による指向性変化を解析した結果である。図5が、ケーブル接続点11をアンテナ遠方端12からλ/2離れた位置に設けた場合を示しており、図6が、ケーブル接続点11をアンテナ遠方端12からλ/4離れた位置に設けた場合を示している。図5、図6における破線は接地用ケーブル51が存在しない場合の指向性のシミュレーション結果を示しており、実線は、接地用ケーブル51が存在する場合の指向性のシミュレーション結果を示している。つまり、図5及び図6における破線と実線とのギャップは、接地用ケーブル51による指向性への影響度合いを示している。図5及び図6を比較すれば明らかなように、ケーブル接続点11の位置をλ/4離した位置に設けた構成によれば、接地用ケーブル51による指向性の乱れを抑制できる。なお、指向性の乱れは、接地用ケーブル51への漏洩電流に由来する。つまり、図5及び図6は、ケーブル接続点11の位置をλ/4離した位置に設けた構成によれば、接地用ケーブル51への漏洩電流を抑制できることを間接的に示している。
以上で述べたように上記構成によれば、地板10のサイズが対象波長に対して不十分である場合であっても、接地用ケーブル51への電流の漏洩量を低減できる。上記の地板10に対するケーブルの接続方法は、地板10の短手方向の長さが0.75λ未満となっている構成において特に好適に作用する。また、地板10が長手方向を有する長方形であって、長手方向の一方の端部にアンテナ素子2が配置されている構成において、特に好適である。長手方向の一方の端部にアンテナ素子2が配置されている構成においては、反対側の端部であるアンテナ遠方端12に向かって電流が流れ、電圧分布の腹と節が形成されやすいためである。
上記のアンテナ装置1は、対向導体板30及び短絡部40を含むアンテナ素子2がLC並列共振することにより、アンテナ水平方向に地板垂直偏波を送受信できる。なお、地板垂直偏波を送受信可能な他の構成としては、アンテナ素子2としてモノポールアンテナを採用することもできる。ただし、アンテナ素子2をモノポールアンテナとする構成では、λ/4の高さが必要になってしまう。これに対し、上記アンテナ装置1ではλ/100程度の高さ(換言すれば厚さ)で実現可能である。つまり、上記開示の構成によれば、アンテナ装置1の高さを抑制できる。
加えて、ケーブル接続点11の位置をλ/4の奇数倍となる位置に配置することにより、ローパスフィルタ等の回路素子を設けることなく、接地用ケーブル51への漏洩電流を抑制できる。つまり、製造コストの抑制とアンテナ特性の安定化を両立することができる。
<アンテナ装置1の使用方法について>
上述したアンテナ装置1は、例えば図7に示すように、車両のBピラー91の車室外側の面に、地板10がBピラー91の表面と対向し、かつ、X軸方向がBピラー91の長手方向(換言すれば車両高さ方向)に沿う姿勢で取り付け使用されればよい。あるいは、ドアパネル内部においてBピラー91と重なる部分に、上記の姿勢にて取り付けられていても良い。
上述したアンテナ装置1は、例えば図7に示すように、車両のBピラー91の車室外側の面に、地板10がBピラー91の表面と対向し、かつ、X軸方向がBピラー91の長手方向(換言すれば車両高さ方向)に沿う姿勢で取り付け使用されればよい。あるいは、ドアパネル内部においてBピラー91と重なる部分に、上記の姿勢にて取り付けられていても良い。
以上の取り付け姿勢によれば、アンテナ装置1にとっての上方向であるZ軸正方向が、車幅方向に略一致し、アンテナ水平方向は、車両側面部に沿う(換言すれば平行な)方向となる。当該取り付け姿勢によれば、車両側面部に沿うように通信エリアを形成する事ができる。
なお、アンテナ装置1の取付位置及び取付姿勢は上記の例に限定されない。アンテナ装置1は、Aピラー92やCピラーの車室外側の面、ロッカー部(換言すればサイドシル)94、アウタードアハンドル95の内部/付近など、車両外面部の任意の位置に取り付けることができる。例えば、アンテナ装置1は、アウタードアハンドル95の内部に、X軸方向がハンドルの長手方向に沿い、かつ、Y軸が車両高さ方向に沿う姿勢で収容されていても良い。また、アンテナ装置1はルーフ部93に搭載されても良い。
以上、本開示の実施形態を説明したが、本開示は上述の第1実施形態に限定されるものではなく、以降で述べる種々の補足や変形例も本開示の技術的範囲に含まれる。さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。例えば下記の種々の変形例は、技術的な矛盾が生じない範囲において適宜組み合わせて実施することができる。
<アンテナ素子2について>
上述した実施形態では、アンテナ装置1は、対向導体板30と短絡部40を含む構成をアンテナ素子2として備える構成を開示した。換言すれば、アンテナ素子2として0次共振アンテナを用いた構成を開示したがこれに限らない。アンテナ素子2は、モノポールアンテナであってもよいし、パッチアンテナであってもよい。アンテナ素子2は、逆Fアンテナ又はループアンテナであってもよい。アンテナ装置1のアンテナ素子2としては多様なアンテナ構成を採用可能である。
上述した実施形態では、アンテナ装置1は、対向導体板30と短絡部40を含む構成をアンテナ素子2として備える構成を開示した。換言すれば、アンテナ素子2として0次共振アンテナを用いた構成を開示したがこれに限らない。アンテナ素子2は、モノポールアンテナであってもよいし、パッチアンテナであってもよい。アンテナ素子2は、逆Fアンテナ又はループアンテナであってもよい。アンテナ装置1のアンテナ素子2としては多様なアンテナ構成を採用可能である。
<地板10に対する接地用ケーブル51の接続態様について>
ケーブル接続点11において接地用ケーブル51は、図8に示すようにコネクタ52を用いて地板10に垂直に接続されていても良い。このような構成によれば接地用ケーブル51と地板10とがケーブル接続点11以外において電気的または電磁気的に結合する恐れを低減できる。
ケーブル接続点11において接地用ケーブル51は、図8に示すようにコネクタ52を用いて地板10に垂直に接続されていても良い。このような構成によれば接地用ケーブル51と地板10とがケーブル接続点11以外において電気的または電磁気的に結合する恐れを低減できる。
また、他の態様としては図9に示すように、アンテナ遠方端12からλ/4地点に向かって幅Wのスリット13を設け、当該スリット13の中心線上を通るように接地用ケーブル51を配線しても良い。接地用ケーブル51がスリット13の奥側端部で地板10と接続される。ここでの奥側とは、スリット13の延設方向のうち、アンテナ遠方端12から反対側の端部に向かう方向を指す。図8に示す接続構成では、コネクタ52が地板10に対して垂直な姿勢で接続するため、アンテナ装置1全体の高さがコネクタ52の分だけ高くなってしまう。これに対して、図9に示す構成によれば、コネクタ52が地板10に対して平行に接続するため、アンテナ装置1の高さを抑制可能となる。つまり、Bピラー91等の搭載スペースの厚みが少ない場所への搭載性を高めることができる。なお、幅Wは、スリット13の中心を通る接地用ケーブル51と地板10とが電磁気的に結合しない程度の幅となっていればよく、例えば、幅Wはλ/10以上とすることできる。当該構成によれば、接地用ケーブル51と地板10とのY軸方向の間隔は概ねλ/20以上となり、電磁気的な結合を抑制可能となる。
なお、地板10の下側には支持板20に相当する絶縁層が形成されていても良い。つまり、地板10はプリント基板の内層を用いて実現されていても良い。地板10をプリント多層基板の内層を用いて実現する構成においては、コネクタ52をスリット13の奥側端部に取り付けることは難しい。そこで、図10に示すように、λ/4地点11aからアンテナ遠方端12まで、スリット13の中心を通る導電線路である引出し線路14を形成し、引出し線路14の端部に接地用ケーブル51を接続しても良い。引出し線路14は、例えばパターン形成された配線に相当する。引出し線路14はマイクロストリップまたはストリップラインとして形成されていても良い。そのような構成によればアンテナ遠方端12にコネクタ52を配置しつつも実質的な接続点は、λ/4地点とすることができる。当該構成は、引出し線路14に対して接地用ケーブル51が直列的に接続することにより、接地用ケーブル51が引出し線路14を介して地板10と電気的に接続する構成に相当する。引出し線路14は、地板10の上側及び下側の少なくとも何れか一方に形成された、支持板20としての絶縁層に付着されていれば良い。アンテナ装置1が複数の導体層及び絶縁層を含む多層基板を用いて構成される場合、通信用ケーブルは、地板10としての導体層とは別の導体層の任意の箇所で電気的に接続可能である。
<地板10及び対向導体板30の形状及び位置関係の補足>
地板10は概略的に矩形状であればよく、角部が丸められていてもよい。また、地板10の縁部は、部分的に又は全体的にミアンダ形状に形成されていても良い。矩形状には、その縁部に微小な凹凸が設けられている形状も含まれる。地板10の縁部に設けられた凹凸や、地板10の縁部から離れた位置に形成されているスリットは、アンテナ動作に影響を与えない限りにおいては、地板10の外観形状を定義する上で無視することができる。ここでの微小な凹凸とは数mm程度の凹凸を指す。
地板10は概略的に矩形状であればよく、角部が丸められていてもよい。また、地板10の縁部は、部分的に又は全体的にミアンダ形状に形成されていても良い。矩形状には、その縁部に微小な凹凸が設けられている形状も含まれる。地板10の縁部に設けられた凹凸や、地板10の縁部から離れた位置に形成されているスリットは、アンテナ動作に影響を与えない限りにおいては、地板10の外観形状を定義する上で無視することができる。ここでの微小な凹凸とは数mm程度の凹凸を指す。
対向導体板30には、スリットが設けられたり、角部を丸められたりしていても良い。例えば1対の対角部分に縮退分離素子としての切り欠き部が設けられていてもよい。対向導体板30の縁部は、部分的に又は全体的にミアンダ形状に設定されていても良い。対向導体板30の縁部に設けられた、動作に影響を与えない程度の凹凸は無視して取り扱うことができる。
また、地板10の形状や、地板10に対する対向導体板30の配置態様は、実施形態として開示した構成に限定されない。地板10に対する対向導体板30の配置態様としては、図11~図13に例示するように多様な配置態様を採用することができる。例えば図11に示すように、対向導体板30は、X軸負方向側の端部が地板10のX軸負方向側の端部と揃うように配置されていても良い。図11~図13では地板10と対向導体板30の位置関係を明示するために、支持板20及び送受信回路70等の図示を省略している。各図の寸法は一例であって適宜変更可能である。
なお、図12に示すLx2は、対向導体板30の中心を通ってX軸に平行な直線を示している。また、図12のΔXは、地板10に対する対向導体板30のX軸方向のオフセット量を表しており、ΔYはY軸方向のオフセット量を表している。ΔXとΔYは同じ値であってもよいし、異なる値であっても良い。図12に開示の構成は、対向導体板30を地板10と同心となる位置からX軸方向及びY軸方向に所定量ずらして配置した構成に相当する。
また、ケーブル接続点11を設ける際の基準とする地板10の端部は、長手方向の端部に限らない。図13に示すように短手方向の端部のうち、相対的に短絡部40から離れている方の端部からλ/4の奇数倍離れた位置に設けられていても良い。
<アンテナ装置1全体構成の補足>
アンテナ装置1は、図14に示すように、対向導体板30、短絡部40が形成されている支持板20を収容するケース60を備えていても良い。なお、図14はケース60内部の構成を概念的に示す図である。図の視認性確保のため、材料種別を示すハッチング等は省略している。ケース60は例えば上下方向に分離可能に構成されているアッパーケースとロアケースとが組み合わさることで構成されている。ケース60は、例えばポリカーボネート(PC:polycarbonate)樹脂を用いて構成されている。なお、ケース60の材料としては、PC樹脂にアクリロニトリルブタジエンスチレン共重合体(いわゆるABS)を混ぜた合成樹脂や、ポリプロピレン(PP:polypropylene)など、多様な樹脂を採用できる。ケース60は、ケース底部61、側壁部62、及びケース天板部63を備える。ケース底部61は、ケース60の底を提供する構成である。ケース底部61は、平板状に形成されている。ケース60内において、地板10や対向導体板30、送受信回路70などを含む回路基板は、地板10がケース底部61と対向するように配置されている。
アンテナ装置1は、図14に示すように、対向導体板30、短絡部40が形成されている支持板20を収容するケース60を備えていても良い。なお、図14はケース60内部の構成を概念的に示す図である。図の視認性確保のため、材料種別を示すハッチング等は省略している。ケース60は例えば上下方向に分離可能に構成されているアッパーケースとロアケースとが組み合わさることで構成されている。ケース60は、例えばポリカーボネート(PC:polycarbonate)樹脂を用いて構成されている。なお、ケース60の材料としては、PC樹脂にアクリロニトリルブタジエンスチレン共重合体(いわゆるABS)を混ぜた合成樹脂や、ポリプロピレン(PP:polypropylene)など、多様な樹脂を採用できる。ケース60は、ケース底部61、側壁部62、及びケース天板部63を備える。ケース底部61は、ケース60の底を提供する構成である。ケース底部61は、平板状に形成されている。ケース60内において、地板10や対向導体板30、送受信回路70などを含む回路基板は、地板10がケース底部61と対向するように配置されている。
側壁部62は、ケース60の側面を提供する構成であって、ケース底部61の縁部から上方に向かって立設されている。側壁部62の高さは、例えば、ケース天板部63の内面と対向導体板30との離隔がλ/25以下となるように設計されている。ケース天板部63は、ケース60の上面部を提供する構成である。本実施形態のケース天板部63は平板状に形成されている。なお、ケース天板部63の形状としては、その他、ドーム型など多様な形状を採用することができる。ケース天板部63は、内面が支持板上側面20aと対向するように構成されている。側壁部62には、接地用ケーブル51等を引き出すための穴であるケーブル引出し部64が設けられている。ケーブル引出し部64を側壁部62に設けた構成によれば、Bピラー91等への搭載性を高めることができる。
上記構成のようにケース天板部63が対向導体板30の近くに存在する場合には、LC共振モードによって放射される垂直電界が、対向導体板30の縁部から上側に回り込むことを抑制し、アンテナ水平方向への放射利得を高めることができる。ここでの対向導体板30の近くとは、例えば対向導体板30からの距離が電気的に対象波長の25分の1以下となる領域を指す。
加えて、ケース天板部63には、図14に示すように、対向導体板30の縁部と当接する上側リブ631が形成されていても良い。上側リブ631は、ケース天板部63の内側面に、下方向かって形成された凸状の構成である。上側リブ631は、対向導体板30の縁部と当接するように設けられている。上側リブ631は、ケース60内における支持板20の位置を固定するとともに、対向導体板30の端部から上側への地板垂直偏波の回り込みを抑制し、アンテナ水平方向への放射利得を向上させる効果を奏する。上側リブ631において対向導体板30の縁部と連接する垂直面、換言すれば外側の側面には、銅箔等の金属パターンが付与されていても良い。
加えて、ケース60の内部には、シリコン等のシール材65を充填されていることが好ましい。シール材65としてはポリウレタンプレポリマーなど、ウレタン樹脂を採用することができる。もちろん、シール材65としては、その他、エポキシ樹脂やシリコン樹脂など多様な材料を採用することができる。ケース60内にシール材65を充填した構成によれば、対向導体板30の上方に位置するシール材65が、対向導体板30の端部から上側への地板垂直偏波の回り込みを抑制し、アンテナ水平方向への放射利得を向上させる効果を奏する。ケース60は、少なくとも側面部及び上面部が所定の比誘電率を有する樹脂又はセラミックにて形成されていれば良い。また、ケース60内にシール材65を充填した構成によれば、防水性や防塵性、耐振動性も向上させる事ができる。
もちろん、ケース60内におけるシール材65の充填は任意の要素である。上側リブ631もまた任意の要素である。なお、ケース天板部63や上側リブ631、シール材65は、LC共振モードによって放射される垂直電界が、対向導体板30の縁部から上側に回り込むことを抑制する役割を担う構成である電波遮断体に相当する。上記構成は、対向導体板30の上側に、導体又は誘電体を用いて構成されている電波遮断体を配置した構成に相当する。
ケース60が備えるケース底部61及びケース天板部63の何れか一方は省略されていても良い。ケース底部61及びケース天板部63の何れか一方が省略される場合、シール材65はアンテナ装置1が使用される環境の温度として想定される所定の使用温度範囲において固形を維持する樹脂を用いて実現されていることが好ましい。使用温度範囲は例えば-30℃以上100℃以下とすることができる。なお、ケース底部61及びケース天板部63の何れか一方が省略された構成は、ケースの上面又は底面を開口部としたケースとなる。
Claims (8)
- 矩形状に形成された平板状の導体部材である地板(10)と、
給電線と電気的に接続する給電点が設けられている導体部材であるアンテナ素子(2)と、を備え、
前記地板の所定方向の長さは送受信の対象とする電波の波長である対象波長よりも短く設定されており、
前記地板には、前記地板の縁部からの距離が前記対象波長の4分の1の奇数倍となる位置に、接地用ケーブルが接続されているアンテナ装置。 - 請求項1に記載のアンテナ装置であって、
前記接地用ケーブルは、前記地板に対して垂直に接続されている、アンテナ装置。 - 請求項1に記載のアンテナ装置であって、
前記地板には前記縁部から長手方向に沿って前記対象波長の4分の1の奇数倍の長さのスリット(13)が形成されており、
前記接地用ケーブルは、前記スリットの奥側端部と電気的に接続されている、アンテナ装置。 - 請求項1から3の何れか1項に記載のアンテナ装置であって、
前記地板は、短手方向の長さが前記対象波長よりも短い長方形状であって、長手方向の長さは短手方向の2倍以上に設定されており、
前記アンテナ素子は、前記地板の中心と重なる位置から前記地板の長手方向にずれた位置に配置されており、
前記地板の長手方向の端部のうち、前記アンテナ素子から離れている方の端部であるアンテナ遠方端(12)からの距離が前記対象波長の4分の1の奇数倍となる位置に前記接地用ケーブルが接続されている、アンテナ装置。 - 請求項1に記載のアンテナ装置であって、
前記地板は、短手方向の長さが前記対象波長よりも短い長方形状であって、長手方向の長さは短手方向の2倍以上に設定されており、
前記アンテナ素子は、前記地板の中心と重なる位置から前記地板の長手方向にずれた位置に配置されており、
前記地板の長手方向の端部のうち、前記アンテナ素子から離れている方の端部であるアンテナ遠方端(12)から、反対側の端部に向かって前記対象波長の4分の1の奇数倍の長さのスリット(13)が形成されており、
前記スリットの中心線上には、導電線路(14)が形成されており、
前記接地用ケーブルは、前記導電線路を介して前記地板と接続している、アンテナ装置。 - 請求項1から5の何れか1項に記載のアンテナ装置であって、
前記アンテナ素子は、前記地板の長手方向の一方の端部に配置されているアンテナ装置。 - 請求項1から6の何れか1項に記載のアンテナ装置であって、
前記アンテナ素子は、
前記地板と所定の間隔をおいて設けられた平板状の導体部材であって、前記給電点が設けられている対向導体板(30)と、
前記対向導体板の中央領域に設けられてあって、前記対向導体板と前記地板とを電気的に接続する短絡部(40)と、を用いて構成されており、
前記短絡部が備えるインダクタンスと、前記地板と前記対向導体板とが形成する静電容量とを用いて、所定の対象周波数で並列共振するように構成されている、アンテナ装置。 - 請求項1から6の何れか1項に記載のアンテナ装置であって、
前記アンテナ素子は、モノポールアンテナ、パッチアンテナ、逆Fアンテナ、及び、ループアンテナの何れかである、アンテナ装置。
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