(57)【要約】【課題】アンテナインピーダンス調整の結果に影響を与えずに軸比調整を行えるようにした円偏波アンテナ装置を提供する【解決手段】一端が接地点３となり、他端が開放端４となっている先端開放型ループアンテナ形状の無給電放射素子１と、一端が接地点３の側に配設され、他端が接地点３とは逆の側に配設されていると共に、無給電放射素子１に対し離間距離を隔てて平行に形成された結合用導体２ａを有する給電素子２と、を備えた円偏波アンテナ装置１００であって、給電素子２は、結合用導体２ａの所定の位置に一端が接続された給電用導体２ｂを有し、給電用導体２ｂの他端に給電点５を有するように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端が接地点となり、他端が開放端となっている先端開放型ループアンテナ形状の無給電放射素子と、一端が前記接地点の側に配設され、他端が前記接地点とは逆の側に配設されていると共に、前記無給電放射素子に対し離間距離を隔てて平行に形成された結合用導体を有する給電素子と、を備えた円偏波アンテナ装置であって、
前記給電素子は、前記結合用導体の所定の位置に一端が接続された給電用導体を有し、前記給電用導体の他端に給電点を有するように構成されていることを特徴とする円偏波アンテナ装置。
【請求項２】
前記結合用導体の一端と前記所定の位置までの距離が、前記結合用導体の他端と前記所定の位置までの距離と異なることを特徴とする請求項１に記載の円偏波アンテナ装置。
【請求項３】
前記無給電放射素子の接地点と前記給電素子の給電点との間の距離を、アンテナインピーダンスの値に対応した距離としたことを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の円偏波アンテナ装置。
【請求項４】
前記無給電放射素子のループ形状が、正方形形状をしていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の円偏波アンテナ装置。
【請求項５】
前記無給電放射素子のループ形状が、真円形状をしていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の円偏波アンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧＰＳ受信などに好適な円偏波アンテナ装置に係り、特に、アンテナ特性の調整が容易な円偏波アンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両に搭載される円偏波アンテナ装置としては、一般的にパッチアンテナが知られている。パッチアンテナは、天頂方向に指向性を持つ円偏波アンテナであるため、車載用としてＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）の電波を受信するのに使い勝手が良い。しかし、パッチアンテナは高価な誘電体素材を必要とすること、アンテナ自体をレドームで覆う必要があること、及び所望のアンテナ特性を得るための調整が個々に必要であること等が、製造コストを押し上げる要因となっていた。
【０００３】
そこで、最近では、フィルム基板等の安価な絶縁基板上にアンテナパターンを構成させて、製造コストを下げると共に、車両等への取り付け性及びアンテナ特性を改善した円偏波アンテナ装置が提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１による円偏波アンテナ装置９００は、図６に示すように、無給電放射素子９０６を、ループエレメント９０５内に配設している。そして、無給電放射素子９０６は、給電点であるホット端子９０１から延在した第１エレメント９０３、又は接地点であるグラウンド端子９０２から延在した第２エレメント９０４の少なくとも一方の先端近傍に容量結合するように配設されている。図示例では、第１エレメント９０３の先端近傍に容量結合するように配設されている。また無給電放射素子９０６は、ループエレメント９０５に平行に配設されている。
【０００５】
円偏波アンテナ装置９００のアンテナインピーダンス調整は、無給電放射素子９０６と第１エレメント９０３との結合部分の長さＡ１、及び無給電放射素子９０６と第１エレメント９０３との離間距離Ｂ１によって行われる。 
【０００６】
特許文献１による円偏波アンテナ装置９００では、このような構成により、アンテナインピーダンスの調整や、利得の向上、帯域幅の向上を図ることが可能となっている。 
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−１５１６２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の円偏波アンテナ装置９００では、第１エレメント９０３と無給電放射素子９０６との結合部分の長さＡ１及び、第１エレメント９０３と無給電放射素子９０６との離間距離Ｂ１とを調整することによりアンテナインピーダンスの調整を行なっていた。即ち、アンテナインピーダンス調整は、結合部分の長さＡ１と、離間距離Ｂ１との２つの要素によって行うことができる。また、軸比についても、結合部分の長さＡ１と、離間距離Ｂ１とを調整することによって、調整することはできる。しかし、この調整方法の場合、軸比を調整する時に同時にアンテナインピーダンスも変化してしまうため、既に調整の終了しているアンテナインピーダンスの値を保ったまま、軸比の調整を行うことは非常に困難であった。
【０００９】
本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、アンテナインピーダンス調整の結果に影響を与えずに軸比調整を行えるようにした円偏波アンテナ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この課題を解決するために、本発明の円偏波アンテナ装置は、一端が接地点となり、他端が開放端となっている先端開放型ループアンテナ形状の無給電放射素子と、一端が前記接地点の側に配設され、他端が前記接地点とは逆の側に配設されていると共に、前記無給電放射素子に対し離間距離を隔てて平行に形成された結合用導体を有する給電素子と、を備えた円偏波アンテナ装置であって、前記給電素子は、前記結合用導体の所定の位置に一端が接続された給電用導体を有し、前記給電用導体の他端に給電点を有するように構成されているという特徴を有する。
【００１１】
このように構成された円偏波アンテナ装置では、無給電放射素子と結合用導体との間の離間距離と結合用導体の長さとを調整することにより、アンテナインピーダンス調整が行われる。また、給電素子の結合用導体の所定の位置に、結合用導体と給電用導体との接続点を設けることにより、軸比の調整を行うようにした。従って、軸比の調整時に、無給電放射素子と結合用導体との間の離間距離及び結合用導体の長さを変更しないため、既に調整の終了したアンテナインピーダンスに影響を与えることがない。即ち、アンテナインピーダンス調整の結果に影響を与えずに軸比調整を行うことを可能とした。
【００１２】
また、上記の構成において、前記結合用導体の一端と前記所定の位置までの距離が、前記結合用導体の他端と前記所定の位置までの距離と異なるという特徴を有する。
【００１３】
このように構成された円偏波アンテナ装置では、結合用導体の一端と所定の位置までの距離と、結合用導体の他端と前記所定の位置までの距離を異ならせることによって軸比調整を行うようにしたので、軸比調整を容易に行うことを可能にした。
【００１４】
また、上記の構成において、前記無給電放射素子の接地点と前記給電素子の給電点との間の距離を、アンテナインピーダンスの値に対応した距離としたという特徴を有する。
【００１５】
このように構成された円偏波アンテナ装置では、無給電放射素子の接地点と給電素子の給電点との間の距離を、アンテナインピーダンスの値に対応した距離とし、この距離を一定に保ったまま、軸比調整を行うようにしたため、アンテナインピーダンスに影響しないように軸比調整を行うことが可能となった。
【００１６】
また、上記の構成において、前記無給電放射素子のループ形状が、正方形形状をしているという特徴を有する。
【００１７】
このように構成された円偏波アンテナ装置では、無給電放射素子のループ形状が、正方形形状をしているため、限られた絶縁基板上のスペースをアンテナ性能のために有効に使うことができ、アンテナ性能を最大限に得ることができる。
【００１８】
また、上記の構成において、前記無給電放射素子のループ形状が、真円形状をしているという特徴を有する。
【００１９】
このように構成された円偏波アンテナ装置では、正方形形状の場合に比べて無給電放射素子の占める割合を小さくすることができる。そのため、基板上のスペースに電子回路用の部品等を配置することができ、絶縁基板を有効に活用できる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の円偏波アンテナ装置は、給電素子の結合用導体の所定の位置に、給電用導体との接続点を設けることで、軸比の調整を行うようにした。従って、軸比の調整時に、無給電放射素子と結合用導体との間の離間距離及び結合用導体の長さを変更しないため、既に調整の終了したアンテナインピーダンスに影響を与えることがない。即ち、アンテナインピーダンス調整の結果に影響を与えずに軸比調整を行うことを可能とした。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る円偏波アンテナ装置の平面図である。
【図２】第１実施形態に係る円偏波アンテナ装置のＶＳＷＲ（Ｖｏｌｔａｇｅ  ｓｔａｎｄｉｎｇ  ｗａｖｅ  ｒａｔｉｏ）の周波数特性を示すグラフである。
【図３】一般的なパッチアンテナ、従来給電方式の円偏波アンテナ装置、及び本発明の第１実施形態に係る円偏波アンテナ装置の軸比（Ａｘｉａｌ  ｒａｔｉｏ）の周波数特性を示すグラフである。
【図４】本発明の第１実施形態の変形例に係る円偏波アンテナ装置の平面図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る円偏波アンテナ装置の平面図である。
【図６】従来例に係る円偏波アンテナ装置の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態に係る円偏波アンテナ装置１００の平面図であり、図２は、第１実施形態に係る円偏波アンテナ装置１００のＶＳＷＲの周波数特性を示すグラフである。尚、ＶＳＷＲ（Ｖｏｌｔａｇｅ  ｓｔａｎｄｉｎｇ  ｗａｖｅ  ｒａｔｉｏ）即ち電圧定在波比は、アンテナ装置のインピーダンス整合状態を表す数値であり、１に近いほどインピーダンス整合していることを示している。また、図３は、一般的なパッチアンテナ、従来給電方式の円偏波アンテナ装置、及び本発明の第１実施形態に係る円偏波アンテナ装置１００の軸比の周波数特性を示すグラフである。
【００２３】
[第１実施形態]
図１に示すように、第１実施形態に係る円偏波アンテナ装置１００の無給電放射素子１は、一端が接地点３において接地されている。その接地点３から延在したＬ３の長さを持つ放射導体に、一辺がＬ１の長さを持つ正方形形状のループ形状をした放射導体が接続されている。また、無給電放射素子１の他端は開放端４となっているため、無給電放射素子１のアンテナ形状は、先端開放型ループアンテナ形状となっている。尚、正方形のループアンテナ形状の開放されている辺の長さは、他の辺の長さＬ１より短いＬ２に設定されている。また、無給電放射素子１の接地点３から開放端４までの全長、即ち無給電放射素子１の接地点３からの立ち上がり部分の長さＬ３と各辺との和、即ち（３＊Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３）は、アンテナ動作周波数の波長の約１／２に設定されている。
【００２４】
尚、無給電放射素子１の接地点３からの立ち上がり部分の長さＬ３は、無給電放射素子１が、グランドの影響を受けないようにするため、無給電放射素子１の正方形形状部分を接地点３からある程度離すように、その長さが設定されている。
【００２５】
第１実施形態に係る円偏波アンテナ装置１００の給電素子２は、結合用導体２ａと給電用導体２ｂとからなっている。結合用導体２ａは、一端が接地点３の側に配設され、他端が接地点３とは逆の側に配設されていて、無給電放射素子１の接地点３に最も近い側の、Ｌ１の長さを持つ正方形の一辺に平行して形成されている。また、その長さは正方形の一辺の長さＬ１より短いＬ４となっていて、無給電放射素子１と結合用導体２ａとは、離間距離Ｄ１を隔てて配設されている。また、給電用導体２ｂは、結合用導体２ａとの接続点６においてその一端が接続されており、その他端が電力の給電される給電点５となっていて、長さＬ５を有している。
【００２６】
また、給電点５から接続点６までの長さＬ５を持つ給電用導体２ｂは、結合用導体２ａへ給電を行うと共に、アンテナ放射素子としての役割も有しており、アンテナ利得を増加させるように作用している。
【００２７】
第１実施形態に係る円偏波アンテナ装置１００は、無給電放射素子１に平行に形成されている結合用導体２ａの長さＬ４と、無給電放射素子１と結合用導体２ａとの離間距離Ｄ１とを調整することで、アンテナインピーダンスを調整することができる。このように、円偏波アンテナ装置１００の主要な特性の１つであるアンテナインピーダンスの調整は、結合用導体２ａの長さＬ４と、無給電放射素子１と結合用導体２ａとの離間距離の長さＤ１との２つの要素によって調整可能である。また、他の主要な特性の１つである軸比も、結合用導体２ａの長さＬ４と、無給電放射素子１と結合用導体２ａとの離間距離の長さＤ１とで調整することはできる。しかし、この２つの要素だけでは、十分に軸比の性能を引き出すことができない。また、この２つの要素によって軸比を調整しようとした場合、既に調整の終了しているアンテナインピーダンスが変化してしまうことになる。
【００２８】
本願発明の第１実施形態に係る円偏波アンテナ装置１００は、その軸比の調整を、結合用導体２ａと給電用導体２ｂとの接続点６の位置によって行なうようにした。即ち、結合用導体２ａの長さＬ４を、その全長は変えずに、長さＬ６及びＬ７に分割する所定の位置に接続点６を設定する。この調整方法を実施することにより、既に調整の終了しているアンテナインピーダンス調整の結果に影響を与えることなく、軸比の調整を行うことができる。尚、上記所定の位置は、アンテナ動作周波数や、無給電放射素子１の形状等によって決定されるため、個々のアンテナ装置それぞれによって異なる。従って、一般的には、結合用導体２ａの一端と所定の位置である接続点６までの距離Ｌ６と、結合用導体２ａの他端と所定の位置である接続点６までの距離Ｌ７とが異なることになる。
【００２９】
尚、無給電放射素子１はその先端が開放されていて、その開放されている辺の長さは、他の辺の長さＬ１より短いＬ２に設定されているが、このＬ２の長さを適切に設定することによっても、軸比の値およびその周波数特性を改善することができる。しかし、このＬ２の長さによる調整だけでは調整範囲が狭く、十分な調整はできない。そのため、前述した結合用導体２ａの長さＬ４を、その全長は変えずに、長さＬ６及びＬ７に分割する所定の位置に接続点６を設定する調整方法は、軸比性能を最大限に得る上で必ず必要な調整方法となる。
【００３０】
また、接地点３と給電点５との間の距離は、Ｌ８に設定されている。この距離Ｌ８は、円偏波アンテナ装置１００の持つアンテナインピーダンスの値に対応した距離に設定しておく必要がある。従って、上記結合用導体２ａの長さＬ４又は、結合用導体２ａの一端又は他端から接続点６までの距離Ｌ６及びＬ７の設定時にも、その距離Ｌ８は一定の値を保つ必要がある。
【００３１】
このように構成された円偏波アンテナ装置１００のアンテナインピーダンスの周波数特性を表すＶＳＷＲの特性を、図２に示す。車載用のＧＰＳ信号の中心周波数は１．５７５ＧＨｚであり、周波数帯域は３ＭＨｚである。図２からわかるように、この帯域における円偏波アンテナ装置１００のＶＳＷＲの値は、約１．５であり、良好な特性を有している。
【００３２】
また、このように構成された円偏波アンテナ装置１００のアンテナ軸比（Ａｘｉａｌ  ｒａｔｉｏ）の周波数特性を図３に示す。車載用のＧＰＳ信号の帯域における円偏波アンテナ装置１００の中心周波数１．５７５ＧＨｚにおける軸比の値は、約１ｄＢ以下であり、良好な特性を有している。
【００３３】
図３には、比較のため、一般的なパッチアンテナの軸比特性及び、特開２０１１−１５１６２４号公報のような、従来給電方式の円偏波アンテナの軸比特性も示す。一般的なパッチアンテナの軸比特性では、製造上のバラツキによりアンテナ中心周波数がずれてしまっているため、実際に使用される１．５７５ＧＨｚではなく、１．５８０ＧＨｚにおいて最も良い値を示している。そして、実際に使用される１．５７５ＧＨｚにおいては、約５ｄＢと悪化している。このような場合、軸比特性を更に改善するためには、パッチアンテナ個々の追加の調整が必要となり、製品のコストアップに繋がってしまっていた。
【００３４】
従来給電方式の円偏波アンテナの軸比特性では、実際に使用される１．５７５ＧＨｚ及びその周辺の周波数において約４ｄＢとある程度良い値を示している。この場合、製造上のバラツキによりアンテナ中心周波数が少々ずれたとしても、軸比特性の悪化は非常に小さいため、円偏波アンテナ装置個々の追加の調整は必要とならない。しかし、前述したとおり、従来給電方式の円偏波アンテナでは、軸比の調整が十分には行なえないため、これ以上の軸比の改善は見込めない。
【００３５】
本発明の円偏波アンテナ装置１００においては、一般的なパッチアンテナのような製品個々のバラツキによる軸比特性の悪化は考えられないため、製品製造後の追加の調整は必要としない。また、前述した結合用導体２ａの長さＬ４を、その全長は変えずに所定の位置で、長さＬ６及びＬ７に分割する調整方法を採用しているため、軸比特性を十分な性能を持たすことができるまで調整することができる。そのため、従来給電方式の円偏波アンテナに比較して軸比の性能を向上させることができる。
【００３６】
また、本発明の円偏波アンテナ装置１００において、無給電放射素子１と給電素子２とを、図示せぬフィルム状の絶縁基板上に形成することが好ましい。
【００３７】
このような円偏波アンテナ装置１００では、無給電放射素子１と給電素子２とが、フィルム状の絶縁基板上に形成されているため、車両のフロント又はリアのガラス面に取り付けることが容易に可能となる。よって、車両に搭載されるＧＰＳ電波を受信するための円偏波アンテナ装置１００として好適である。
【００３８】
図４は、第１実施形態に係る円偏波アンテナ装置１００の変形例の円偏波アンテナ装置２００の平面図であり、そのアンテナインピーダンスは同一である。
【００３９】
図４に示す円偏波アンテナ装置２００と、第１実施形態に係る円偏波アンテナ装置１００との相違は、例えば搭載する絶縁基板の材質等が異なることにより生じる。搭載する絶縁基板の材質等が異なることにより、アンテナインピーダンスを調整する必要があるため、結合用導体２ａの長さを変更している。尚、ここでは、離間距離Ｄ１は変更していない。また、円偏波アンテナ装置２００では、アンテナ動作周波数を円偏波アンテナ装置１００と同一にしているため、無給電放射素子１の各寸法（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３）は、変更していない。変更した点としては、結合用導体２ａの長さをＬ１１とし、結合用導体２ａの一端から接続点６までの長さをＬ９とし、結合用導体２ａの他端から接続点６までの長さをＬ１０としていることである。これらの長さＬ９、Ｌ１０を適切な長さに設定することにより軸比を調整することができる。
【００４０】
また、図４に示すように、接地点３と給電点５との間の距離Ｌ８は、アンテナインピーダンスを保つため、第１実施形態に係る円偏波アンテナ装置１００の時の長さと同一としている。
【００４１】
図５は、第２実施形態に係る円偏波アンテナ装置３００の平面図である。また、そのアンテナインピーダンスは第１実施形態に係る円偏波アンテナ装置１００と同一である。
【００４２】
[第２実施形態]
図５に示すように、第２実施形態に係る円偏波アンテナ装置３００の無給電放射素子１１は、一端が接地されていて、その接地点１３から延伸した導体の先に、直径がＬ１２の真円形状のループ形状をした放射導体を有している。また、無給電放射素子１１は、その先端が開放された先端開放型ループアンテナ形状となっていて、無給電放射素子１１の接地点１３から開放端１４までの全長は、アンテナ動作周波数の波長の約１／２に設定されている。
【００４３】
給電素子１２は、結合用導体１２ａと給電用導体１２ｂとからなり、結合用導体１２ａは、真円形の放射導体の一部に沿って長さＬ１５の円弧状に形成されている。無給電放射素子１１と結合用導体１２ａとは、離間距離Ｄ２を隔てて配設されている。また、給電用導体１２ｂは、結合用導体１２ａとの接続点１６においてその一端が接続されており、その他端が電力の給電される給電点１５となっている。
【００４４】
第２実施形態に係る円偏波アンテナ装置３００は、無給電放射素子１１に沿って形成されている結合用導体１２ａの長さＬ１５と、無給電放射素子１１と結合用導体１２ａとの離間距離Ｄ２とを調整することで、アンテナインピーダンスを調整することができる。このように、アンテナインピーダンスの調整が、結合用導体１２ａの長さＬ１５と、無給電放射素子１１と結合用導体１２ａとの離間距離Ｄ２とによって調整可能であることは、第１実施形態に係る円偏波アンテナ装置１００と同一である。そして、軸比の調整についても、結合用導体１２ａと給電用導体１２ｂとの接続点１６の位置によって行われる。即ち、結合用導体１２ａの長さＬ１５を、その全長は変えずに適切な軸比を得るための所定の位置、即ち、長さＬ１３及びＬ１４に分割する位置に接続点１６を設定する。この調整方法により、既に調整の終了しているアンテナインピーダンス調整の結果に影響を与えることなく、軸比の調整を行うことができる。尚、上記所定の位置は、アンテナ動作周波数や、無給電放射素子１１の形状等によって決定されるため、個々の円偏波アンテナ装置それぞれによって異なる。
【００４５】
第２実施形態に係る円偏波アンテナ装置３００は、第１実施形態に係る円偏波アンテナ装置１００に対し、無給電放射素子１１の形状が正方形でなく、真円形であることが相違点である。この相違点により、正方形形状の場合に比べて無給電放射素子１１の占める割合を小さくすることができる。そのため、絶縁基板上の空いたスペースに電子回路用の部品を配置することができ、絶縁基板の限られた面積を有効に使用することができる。
【００４６】
以上のように、本発明の実施形態に係る円偏波アンテナ装置について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施することが可能である。
【００４７】
以上説明したように、本発明の円偏波アンテナ装置１００は、一端が接地点３となっていて、他端が開放端４となっている先端開放型ループアンテナ形状の無給電放射素子１と、一端が接地点３の側に配設され、他端が開放端４の側に配設されていると共に、無給電放射素子１に対し離間距離Ｄ１を隔てて平行に形成された結合用導体２ａを有する給電素子２と、を備えた円偏波アンテナ装置１００であって、給電素子２は、結合用導体２ａの所定の位置に一端が接続された給電用導体２ｂを有し、給電用導体２ｂの他端に給電点５を有するように構成されている。
【００４８】
本発明の円偏波アンテナ装置１００は、給電素子２の結合用導体２ａの所定の位置に、結合用導体２ａと給電用導体２ｂとの接続点６を設けることで、軸比の調整を行うようにした。従って、軸比の調整時に、無給電放射素子１と結合用導体２ａとの間の離間距離及び結合用導体２ａの長さを変更しないため、既に調整の終了したアンテナインピーダンスに影響を与えることがない。即ち、アンテナインピーダンス調整の結果に影響を与えずに軸比調整を行うことを可能とした。
【符号の説明】
【００４９】
１        無給電放射素子
２        給電素子
２ａ      結合用導体
２ｂ      給電用導体
３        接地点
４        開放端
５        給電点
６        接続点
１１      無給電放射素子
１２      給電素子
１２ａ    結合用導体
１２ｂ    給電用導体
１３      接地点
１４      開放端
１５      給電点
１６      接続点
１００    円偏波アンテナ装置
２００    円偏波アンテナ装置
３００    円偏波アンテナ装置
【図１】
2014078772.tif 000003
【図２】
2014078772.tif 000004
【図３】
2014078772.tif 000005
【図４】
2014078772.tif 000006
【図５】
2014078772.tif 000007
【図６】
2014078772.tif 000008