(57)【要約】  【課題】給電端子を共用しつつ偏波が異なる複数の周波数帯の電波を送受信できる統合アンテナを提供する。  【解決手段】透明フィルム上に形成された統合アンテナ１０は、矩形給電端子３０ａ及び３０ｂ、線状素子３１ａ〜３１ｄ、線状スタブ３２ａ及び３２ｂから構成される。線状素子３１ａ及び３１ｂは、矩形給電端子３０ａ及び矩形給電端子３０ｂの長辺にπ形形状となるように配置され、線状素子３１ｃ及び３１ｄは、矩形給電端子３０ａ及び矩形給電端子３０ｂの長辺にコの字形形状となるように配置される。また、線状スタブ３２ａは、線状素子３１ｂの先端に直角に配置され、線状スタブ３２ｂは、線状素子３１ｃの先端に直角に配置される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性を有するフィルム上に導電体を積層してなるフィルムアンテナであって、
前記フィルム上で左右線対称となるように配置された第１矩形給電端子及び第２矩形給電端子と、
前記第１矩形給電端子及び前記第２矩形給電端子の各内側に、各長辺に直角かつ互いに平行に配置された第１線状素子及び第２線状素子と、
前記第１矩形給電端子及び前記第２矩形給電端子の各外側に、各前記長辺に直角かつ互いに平行に配置された第３線状素子及び第４線状素子と、
前記第１線状素子又は前記第２線状素子のうちいずれか一つの先端側に直角に配置された第１線状スタブと、
前記第３線状素子又は前記第４線状素子のうちいずれか一つの先端側に直角に配置された第２線状スタブと、
を備え、偏波が異なる２つの周波数帯で動作する統合アンテナ。
【請求項２】
前記２つの周波数帯は、第１動作周波数帯及び第２動作周波数帯であり、
前記第１線状素子及び前記第２線状素子の長さは、前記第１動作周波数帯の実質上１／４波長に設定され、
前記第３線状素子及び前記第４線状素子の長さは、前記第２動作周波数帯の実質上１／４波長に設定され、
前記第１矩形給電端子及び前記第２矩形給電端子の前記長辺の長さは、前記第２動作周波数帯の実質上１／４波長に設定され、
前記第１線状スタブは、前記第１動作周波数帯の実質上０．０５波長に設定され、
前記第２線状スタブは、前記第２動作周波数帯の実質上１／４波長に設定されている、請求項１に記載の統合アンテナ。
【請求項３】
前記第１動作周波数帯で直線偏波アンテナとして動作し、
前記第２動作周波数帯で円偏波アンテナとして動作する、請求項２に記載の統合アンテナ。
【請求項４】
前記第１矩形給電端子及び前記第２矩形給電端子は、前記第１矩形給電端子及び前記第２給電端子に接続されるピックアップ部を備えた同軸ケーブルを介して給電され、
前記同軸ケーブルの芯線が前記第１及び第２矩形給電端子の一方と接続され、前記同軸ケーブルのグランドが前記第１及び第２矩形給電端子の他方と接続される、請求項１から請求項３のいずれかに記載の統合アンテナ。
【請求項５】
前記第１線状スタブの先端は、前記第１線状スタブが接続されていない前記第１線状素子又は前記第２線状素子の側に向けられており、
前記第２線状スタブの先端は、前記第２線状スタブが接続されていない前記第３線状素子又は前記第４線状素子の側に向けられている、請求項１から請求項４のいずれかに記載の統合アンテナ。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の統合アンテナと、
前記第１動作周波数帯または前記第２動作周波数帯の信号を分離するフィルタ回路と、
前記第１動作周波数帯または前記第２動作周波数帯の信号を生成又は解析する通信モジュールと、
を備えた車載端末装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に移動体のガラスに装着して使用されるフィルムアンテナであって、偏波が異なる複数の周波数帯の電波を送受信できる統合アンテナ、及びそれを用いた車載端末装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、用途や周波数帯の異なる複数のアンテナを、自動車のような移動体に設置する場合に、１つのフィルム基板上に複数のアンテナを配置し省スペース化を図る統合アンテナが提案されている（例えば、特許文献１参照、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００６−１８６４８８号公報
【特許文献２】特開２００５−１０２１８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記特許文献に記載の統合アンテナは、複数の周波数帯のアンテナ素子を動作させるために複数の給電端子が必要であり、結果としてアンテナに接続する同軸ケーブルの本数は削減できていないという課題があった。
【０００４】
本発明は、上述した課題を鑑み、給電端子を共用しつつ偏波が異なる複数の周波数帯の電波を送受信できる統合アンテナ、及びそれを用いた車載端末装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するための第１の本発明は、
絶縁性を有するフィルム上に導電体を積層してなるフィルムアンテナであって、
前記フィルム上で左右線対称となるように配置された第１矩形給電端子及び第２矩形給電端子と、
前記第１矩形給電端子及び前記第２矩形給電端子の各内側に、各長辺に直角かつ互いに平行に配置された第１線状素子及び第２線状素子と、
前記第１矩形給電端子及び前記第２矩形給電端子の各外側に、各前記長辺に直角かつ互いに平行に配置された第３線状素子及び第４線状素子と、
前記第１線状素子又は前記第２線状素子のうちいずれか一つの先端側に直角に配置された第１線状スタブと、
前記第３線状素子又は前記第４線状素子のうちいずれか一つの先端側に直角に配置された第２線状スタブと、
を備え、偏波が異なる２つの周波数帯で動作する統合アンテナである。
【０００６】
また、第２の本発明は、
前記２つの周波数帯は、第１動作周波数帯及び第２動作周波数帯であり、
前記第１線状素子及び前記第２線状素子の長さは、前記第１動作周波数帯の実質上１／４波長に設定され、
前記第３線状素子及び前記第４線状素子の長さは、前記第２動作周波数帯の実質上１／４波長に設定され、
前記第１矩形給電端子及び前記第２矩形給電端子の前記長辺の長さは、前記第２動作周波数帯の実質上１／４波長に設定され、
前記第１線状スタブは、前記第１動作周波数帯の実質上０．０５波長に設定され、
前記第２線状スタブは、前記第２動作周波数帯の実質上１／４波長に設定されている、上記第１の本発明の統合アンテナである。
【０００７】
また、第３の本発明は、
前記第１動作周波数帯で直線偏波アンテナとして動作し、
前記第２動作周波数帯で円偏波アンテナとして動作する、上記第２の本発明の統合アンテナである。
【０００８】
また、第４の本発明は、
前記第１矩形給電端子及び前記第２矩形給電端子は、前記第１矩形給電端子及び前記第２給電端子に接続されるピックアップ部を備えた同軸ケーブルを介して給電され、
前記同軸ケーブルの芯線が前記第１及び第２矩形給電端子の一方と接続され、前記同軸ケーブルのグランドが前記第１及び第２矩形給電端子の他方と接続される、上記第１から第３のいずれかの本発明の統合アンテナである。
【０００９】
また、第５の本発明は、
前記第１線状スタブの先端は、前記第１線状スタブが接続されていない前記第１線状素子又は前記第２線状素子の側に向けられており、
前記第２線状スタブの先端は、前記第２線状スタブが接続されていない前記第３線状素子又は前記第４線状素子の側に向けられている、上記第１から第４のいずれかの本発明の統合アンテナである。
【００１０】
また、第６の本発明は、
上記第１から第５のいずれかの本発明の統合アンテナと、
前記第１動作周波数帯または前記第２動作周波数帯の信号を分離するフィルタ回路と、
前記第１動作周波数帯または前記第２動作周波数帯の信号を生成又は解析する通信モジュールと、
を備えた車載端末装置である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、偏波が異なる複数の周波数帯の電波を送受信できるフィルムアンテナを提供することができ、また給電端子を共用化することにより同軸ケーブルの本数を削減できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００１３】
なお、各図において、同一の構成または機能を有する構成要素及び相当部分には、同一の符号を付してその説明は省略する。また、説明の便宜上、第１動作周波数を２．６ＧＨｚ、第２動作周波数を５．８ＧＨｚとして説明する。
【００１４】
図１（ａ）〜（ｆ）は、本発明の実施の形態に係る、統合アンテナの構成を示す図である。図１（ａ）は本実施の形態の統合アンテナ１０の平面図、図１（ｂ）は統合アンテナ１０を上側から見た上側面図、図１（ｃ）は統合アンテナ１０を下側から見た下側面図、図１（ｄ）は統合アンテナ１０を右側から見た右側面図、図１（ｅ）は統合アンテナ１０を左側から見た左側面図である。また、図１（ｆ）は本実施の形態の統合アンテナ１０の斜視図である。
【００１５】
本実施の形態における統合アンテナ１０は、透明フィルム２０上にアンテナ導体を積層することにより形成される。透明フィルム２０は、例えばＰＥＴ材からなる基板材と被膜材で構成されており、アンテナ導体の表面は給電端子部分を除き被膜材で覆われている。
【００１６】
なお、図１（ａ）ではアンテナ導体が矩形の透明フィルム上に積層されているが、アンテナ導体形状を囲むように透明フィルムを加工してもよい。
【００１７】
アンテナ導体は、矩形給電端子３０ａ及び３０ｂ、線状素子３１ａ〜３１ｄ、線状スタブ３２ａ及び３２ｂから構成される。線状素子３１ａ及び３１ｂは、矩形給電端子３０ａ及び矩形給電端子３０ｂの長辺にπ形形状となるように配置され、線状素子３１ｃ及び３１ｄは、矩形給電端子３０ａ及び矩形給電端子３０ｂの長辺にコの字形形状となるように配置される。また、線状スタブ３２ａは、線状素子３１ｂの先端に直角に配置され、線状スタブ３２ｂは、線状素子３１ｃの先端に直角に配置される。
【００１８】
即ち、図１（ａ）に示す通り、矩形給電端子３０ａ及び矩形給電端子３０ｂは、Ｚ軸（図１（ｆ）参照）を中心として左右線対称となるように配置されている。そして、線状素子３１ａ及び線状素子３１ｂは、矩形給電端子３０ａ及び矩形給電端子３０ｂのＺ軸側のそれぞれの端部（短辺）の互いに対向する角部３０ａ１、３０ｂ１から、各長辺に直角かつ互いに平行に配置されている。また、線状素子３１ｃ及び線状素子３１ｄは、矩形給電端子３０ａ及び矩形給電端子３０ｂの角部３０ａ１及び３０ｂ１のＺ軸側とは反対側のそれぞれの端部（短辺）の角部３０ａ２、３０ｂ２から、上記各長辺と同じ長辺に直角かつ互いに平行に配置されている。
【００１９】
なお、本発明の第１矩形給電端子の一例が、本実施の形態の矩形給電端子３０ａに対応し、本発明の第２矩形給電端子の一例が、本実施の形態の矩形給電端子３０ｂに対応する。また、本発明の第１線状素子の一例が、本実施の形態の線状素子３１ａに対応し、本発明の第２線状素子の一例が、本実施の形態の線状素子３１ｂに対応する。また、本発明の第３線状素子の一例が、本実施の形態の線状素子３１ｃに対応し、本発明の第４線状素子の一例が、本実施の形態の線状素子３１ｄに対応する。また、本発明の第１線状スタブの一例が、本実施の形態の線状スタブ３２ａに対応し、本発明の第２線状スタブの一例が、本実施の形態の線状スタブ３２ｂに対応する。
【００２０】
線状素子３１ａまたは３１ｂの素子長は、第１動作周波数の約１／４波長（２５ｍｍ）であり、線状素子３１ｃまたは３１ｄの素子長は、第２動作周波数の約１／４波長（１２ｍｍ）である。また、線状素子３１ａ〜３１ｄの素子幅は約０．５ｍｍである。
矩形給電端子３０ａ及び３０ｂの長辺の長さは、第２動作周波数の約１／４波長（１２ｍｍ）である。また、矩形給電端子３０ａ及び３０ｂの短辺の長さは約５ｍｍである。
【００２１】
線状スタブ３２ａの素子長は、第１動作周波数の約０．０５波長（４．５ｍｍ）であり、線状スタブ３２ｂの素子長は、第２動作周波数の約１／４波長（１０．５ｍｍ）である。また、線状スタブ３２ａ及び３２ｂの素子幅は約０．５ｍｍである。
【００２２】
給電部１００は、矩形給電端子３０ａ及び３０ｂの間に設けられ、２点間に電位差を発生させることによりアンテナ導体を動作させる。
【００２３】
なお、図１（ａ）、図１（ｆ）では、給電部１００を模式的に示すものであり破線で示した。即ち、本実施の形態では、図３に示すように、給電部１００の一例として、ピックアップ部４０と同軸ケーブル５０を用いて統合アンテナ１０に給電する構成を示す。
【００２４】
以上のように、透明フィルム５０上に、矩形給電端子３０ａ及び３０ｂ、線状素子３１ａ〜３１ｄ、線状スタブ３２ａ及び３２ｂ、給電部１００を配置することにより、統合アンテナ１０は形成される。
【００２５】
ここで、図２（ａ）、図２（ｂ）を用いて第１動作周波数及び第２動作周波数における統合アンテナ１０の動作を説明する。
【００２６】
図２は、本発明の実施の形態に係る統合アンテナの指向性を示す図である。
図２（ａ）は、第１動作周波数における水平（ＸＹ）面指向性を、図２（ｂ）は第２動作周波数における水平（ＸＹ）面指向性を示している。なお、図２（ａ）、図２（ｂ）共に、ピーク利得が０ｄＢｉとなるように正規化して表示している。
【００２７】
第１動作周波数では、図２（ａ）に示すように、ＸＹ面で垂直偏波の無指向性を得るために、主として矩形給電端子３０ａ及び３０ｂ、線状素子３１ａ及び３１ｂ、線状スタブ３２ａがアンテナ素子として動作する。線状スタブ３２ａは、電流ベクトルの位相を変化させるために設けられ、本実施の形態においては、線状素子３１ｂの電流ベクトルの位相を変化させることで、線状素子３１ａ及び３１ｂの電流ベクトルが支配的となる垂直偏波の無指向性を得ることが可能となる。
【００２８】
図２（ａ）において、実線で示す指向性２０１は、垂直偏波（Ｅθ成分）であり、概ね無指向性が得られていることが確認できる。このとき、指向性２０１のピーク利得は３ｄＢｉである。
【００２９】
第２動作周波数では、図２（ｂ）に示すように、ＸＹ面で円偏波の指向性を得るために、主として矩形給電端子３０ａ及び３０ｂ、線状素子３１ｃ及び３１ｄ、線状スタブ３２ａ及び３２ｂがアンテナ素子として動作する。第１動作周波数のアンテナ動作の場合と同様、線状スタブ３２ａ及び３２ｂは、電流ベクトルの位相を変化させるために設けられる。本実施の形態においては、線状素子３１ｂに連結された線状スタブ３２ａと、線状素子３１ｃに連結された線状スタブ３２ｂにより、線状素子３１ｃ及び３１ｄの電流ベクトルと、矩形給電端子３０ａ及び３０ｂと線状スタブ３２ａ及び３２ｂの電流ベクトルとが時間軸上で交互に遷移する状態を形成することができ、図１（ｆ）のＸＹ面で右旋円偏波の指向性を得ることができる。
【００３０】
図２（ｂ）において、実線で示す指向性２０２は、円偏波（ＲＨＣＰ成分）であり、Ｙ軸方向に主ビームが形成されていることが確認できる。このとき、指向性２０２のピーク利得は、３．５ｄＢｉである。
【００３１】
以上、第１動作周波数と第２動作周波数における統合アンテナ１０の動作説明を行ったが、本実施の形態では、偏波の異なる２つの周波数帯の両方の動作において主要な役割を果たす位置に線状スタブ３２ａを配置している。つまり、線状スタブ３２ａの電流ベクトルの位相変化作用により、第１動作周波数での直線偏波（垂直偏波）と、同時に第２動作周波数での円偏波（右旋円偏波）にも対応することができる。
【００３２】
また、矩形給電端子３０ａ及び３０ｂは、その長辺の長さを第２動作周波数の約１／４波長に調整することにより、給電端子としての役割に加えアンテナ素子としても動作するため、特に第２動作周波数の指向性や利得といったアンテナ特性の改善に寄与することができる。
【００３３】
このように本実施の形態によれば、給電端子を共用しつつ直線偏波（垂直偏波）と円偏波（右旋円偏波）という偏波が異なる複数の周波数帯で動作する統合アンテナを提供することができる。
【００３４】
なお、図６に示す統合アンテナ１１の形状でも同様の効果を得ることができる。図６に示す統合アンテナ１１では、線状スタブ３２ａが線状素子３１ａの先端に配置されている点が、図１に示す統合アンテナ１０と相違する。
【００３５】
また、図７、図８に示す統合アンテナ１２、１３のように、線状スタブ３２ｂを線状素子３１ｄに接続した場合、第２動作周波数の指向性を左旋円偏波とすることができる。図８に示す統合アンテナ１３では、線状スタブ３２ａが線状素子３１ａの先端に配置されている点が、図７に示す統合アンテナ１２と相違する。
【００３６】
なお、図９に示す統合アンテナ１４のように、線状スタブ３２ａを、線状素子３１ｂの先端から第１動作周波数の約０．１波長の範囲内でずらした位置に配置しても、同様の効果を得ることができる。
【００３７】
図３は、給電部１００の実施形態の一つとして、ピックアップ部４０と同軸ケーブル５０を用いて統合アンテナ１０に給電する場合の図を示している。ピックアップ部４０の端子４１ａ及び４１ｂは、同軸ケーブル５０の芯線及びＧＮＤと接続されており、それぞれ矩形給電端子３０ａ及び３０ｂに、例えば両面テープを用いて接続される。
【００３８】
図４は、本実施の形態に係る統合アンテナを搭載する車載端末装置６０のブロック図を示している。
【００３９】
車載端末装置６０は、第１動作周波数の信号を通過させるフィルタ６１ａと、第２動作周波数の信号を通過させるフィルタ６１ｂと、第１動作周波数の信号を生成・解析する第１通信モジュール６２ａと、第２動作周波数の信号を生成・解析する第２通信モジュール６２ｂとを備えている。
【００４０】
なお、図４では、統合アンテナ１０が電波を受信する場合を中心に示しているが、一般にアンテナは電波の送信と受信の両方を行い得るものであるから、本実施の形態に示す統合アンテナについても送信と受信の両方を行い得ることは言うまでもなく、電波を送信及び受信する場合の車両端末装置としては、図４に示す構成から適宜変更される。
【００４１】
フィルタ６１ａ又は６１ｂは、例えばバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）で構成される。第１通信モジュール６２ａは、例えば無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）やＷｉＭＡＸ（Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ  Ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ  ｆｏｒ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ａｃｃｅｓｓ）に対応する通信モジュールであり、第２通信モジュール６２ｂは、ＥＴＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｔｏｌｌ  Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）やＤＳＲＣ（Ｄｅｄｉｃａｔｅｄ  Ｓｈｏｒｔ  Ｒａｎｇｅ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）に対応する通信モジュールである。
【００４２】
また、同軸ケーブル５０と車載端末装置６０の端子６３が繋がることで、統合アンテナ１０と車載端末装置６０の間は接続される。
【００４３】
以上の構成により、同軸ケーブルの本数を削減し、第１動作周波数と第２動作周波数の通信を行うことができる車載端末装置を提供することができる。
【００４４】
図５は、本実施の形態に係る統合アンテナ１０を、車両のフロントガラス７０に設置した図を示している。統合アンテナ１０は、例えばフロントガラス７０の左右上部（図５では左上部）に、図５の向きで両面テープ等の粘着材を用いて設置される。このとき、同軸ケーブル５０は、サイドピラーやダッシュボードの内側に配線され、車載端末装置６０に接続される。ここで、フロントガラス７０の面に沿って下から上に向かう方向が、Ｚ軸方向（図１（ｆ）参照）であり、フロントガラス７０の面に垂直で且つ前方に向かう方向が、Ｙ軸方向（図１（ｆ）参照）である。
【００４５】
以上の構成により、車両の水平面において第１動作周波数及び第２動作周波数共に良好な受信特性を得ることができる。
【００４６】
なお、本実施の形態では、統合アンテナ１０はフロントガラス７０の左上部に設置したが、図５に示すアンテナ設置方向及び道路運送車両の保安基準を満足する範囲内であれば、どこに設置しても構わない。
【００４７】
また、ダイバーシティやＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｏｕｔｐｕｔ）の通信形態に対応した車載端末装置６０である場合は、統合アンテナ１０の接続個数を増やしてもよい。
【００４８】
また、上記実施の形態では、各矩形給電端子、各線状素子、及び各線状スタブの長さは、第１動作周波数の波長または第２動作周波数の波長と一定の関係（例えば、１／４波長や０．０５波長）を有する構成として説明したが、その一定の関係は厳格に守らなくても良く、要するに実質上その一定の関係に設定された構成であれば良い。ここで、実質上その一定の関係に設定されているとは、各矩形給電端子、各線状素子、あるいは各線状スタブの長さが多少のばらつきを持って設定されていたとしても、本発明の効果を発揮できる範囲内のばらつきであればかまわないとの趣旨である。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明に係る統合アンテナは、偏波が異なる複数の周波数帯で動作可能であるため、例えば垂直偏波を必要とする無線ＬＡＮやＷｉＭＡＸ等の通信システムと、右旋円偏波を必要とするＥＴＣやＤＳＲＣ等の通信システムとの両方を搭載した車載端末に適用する場合に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】（ａ）〜（ｆ）：本発明の実施の形態に係る統合アンテナの構成図
【図２】（ａ）〜（ｂ）：本発明の実施の形態に係る統合アンテナの水平面指向性を示す図
【図３】本発明の実施の形態に係る統合アンテナの給電部の構成図
【図４】本発明の実施の形態に係る車載端末装置の構成図
【図５】本発明の実施の形態に係る統合アンテナを車両に設置した図
【図６】本発明の実施の形態に係る統合アンテナの第１変形例を示す図
【図７】本発明の実施の形態に係る統合アンテナの第２変形例を示す図
【図８】本発明の実施の形態に係る統合アンテナの第３変形例を示す図
【図９】本発明の実施の形態に係る統合アンテナの第４変形例を示す図
【符号の説明】
【００５１】
１０、１１、１２、１３、１４    統合アンテナ
２０    フィルム
３０ａ、３０ｂ  矩形給電端子
３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ  線状素子
３２ａ、３２ｂ  線状スタブ
４０    ピックアップ部
４１ａ、４１ｂ  端子
５０    同軸ケーブル
６０    車載端末装置
７０    フロントガラス
１００  給電部
２０１  統合アンテナの第１周波数帯における水平（ＸＹ）面指向性
２０２  統合アンテナの第２周波数帯における水平（ＸＹ）面指向性
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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