(57)【要約】【課題】  衛星波と地上波の両方を受信可能で小型かつ薄型なダイバーシティアンテナ装置を提供すること。【解決手段】  パッチアンテナ構造の第１および第２のアンテナ素子１，２を備え、第１のアンテナ素子１をその放射導体１２が自動車３０のフロントガラス３１の傾斜部内表面３１ａと対向するように取り付けると共に、第２のアンテナ素子２をその放射導体２２が自動車３０のリアガラス３２の傾斜部内表面３２ａと対向するように取り付けることにより、これら両アンテナ素子１，２が各々同じ周波数帯で人工衛星４０から送信される円偏波と地上局５０から送信される垂直偏波とを同時に受信して２種類の受信信号を出力するようになした。両アンテナ素子１，２が受信した計４種類の受信信号が入力されるマルチプレクサ（信号処理回路）５は、切り替えや合成によって受信信号の最適化処理を行う。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板の片面に縮退分離素子を装荷した放射導体が設けられると共に、該誘電体基板の他面に接地導体が設けられ、かつ、前記放射導体の給電点に給電ピンが接続されているパッチアンテナ構造の第１および第２のアンテナ素子を備え、前記第１のアンテナ素子をその放射導体が自動車のフロントガラスの傾斜部内表面と対向するように取り付けると共に、前記第２のアンテナ素子をその放射導体が該自動車のリアガラスの傾斜部内表面と対向するように取り付けることによって、これら第１および第２のアンテナ素子が各々同じ周波数帯で人工衛星から送信される円偏波と地上局から送信される垂直偏波とを同時に受信して２種類の受信信号を出力するようになし、かつ、前記第１および第２のアンテナ素子から計４種類の受信信号が入力される信号処理回路を備え、該信号処理回路によって受信信号の最適化処理が行われるように構成したことを特徴とするダイバーシティアンテナ装置。
【請求項２】
請求項１の記載において、前記第１および第２のアンテナ素子はいずれも、その放射導体を前記傾斜部内表面と対向させた前記取付状態で前記給電点が該放射導体の中心よりも下側に設定されていることを特徴とするダイバーシティアンテナ装置。
【請求項３】
請求項１または２の記載において、前記フロントガラスに臨出して前記第１のアンテナ素子が受信した信号を伝送する第１の信号ケ−ブルと、前記リアガラスに臨出して前記第２のアンテナ素子が受信した信号を伝送する第２の信号ケ−ブルが、いずれも略水平面に沿って配置されていることを特徴とするダイバーシティアンテナ装置。
【請求項４】
請求項３の記載において、前記第１のアンテナ素子と前記第１の信号ケ−ブルとの間、および前記第２のアンテナ素子と前記第２の信号ケ−ブルとの間に、それぞれ、受信信号を増幅する増幅器を備えており、該増幅器は前記誘電体基板の前記他面側に配置されて前記給電ピンと接続されていることを特徴とするダイバーシティアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車載用のダイバーシティアンテナ装置に係り、特に、人工衛星から送信される円偏波と地上局から送信される垂直偏波の両方を受信できるようにしたダイバーシティアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のダイバーシティアンテナ装置は、同じ周波数帯の信号が人工衛星と地上局から送信される放送システムに適用され、該アンテナ装置を搭載した自動車が移動しても受信レベルの変動を抑制できるようになっている。つまり、かかるダイバーシティアンテナ装置には、人工衛星から送信される円偏波の信号と地上局から送信される垂直偏波の信号の両方を受信可能なアンテナ部と、このアンテナ部から出力された各受信信号を感度に応じて切り替えることによって最適化する信号処理部とが具備されているので、人工衛星からの受信波（いわゆる衛星波）と地上局からの受信波（いわゆる地上波）のいずれか一方が弱い場所でも所望の受信レベルが確保しやすくなっている。
【０００３】
一般的に、このようなダイバーシティアンテナ装置は衛星波用のアンテナ素子と地上波用のアンテナ素子を並設して構成されており、衛星波用のアンテナ素子としては天頂方向への放射が強いパッチアンテナが広く採用されている。また、地上波用のアンテナ素子としては、モノポールアンテナ等のロッド状の放射導体を自動車のルーフ部上に突設したものが多いが、このものは大型で外観上も好ましくないという難点があった。
【０００４】
そこで従来、基本モード（ＴＭ１１モード）で励振されるパッチアンテナを衛星波用とし、かつ、高次モード（ＴＭ２１モード）で励振されるパッチアンテナを地上波用とすることで、装置全体の薄型化を実現したダイバーシティアンテナ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。かかる従来技術では、誘電体基板の上面に衛星波用と地上波用の一対の放射導体が横並びにパターニングされており、誘電体基板の下面にはほぼ全面に接地導体がパターニングされている。各放射導体の給電点はそれぞれ給電ピンや信号ケ−ブル等を介して切替スイッチアンプに接続されており、この切替スイッチアンプにおいて、各放射導体が受信した信号のうち感度が良好な方が選択されて、その選択された受信信号が復調されるようになっている。なお、地上波用の放射導体は衛星波用の放射導体に比して大きく、ＴＭ２１モードで励振されたパッチアンテナは仰角０°〜６０°の範囲内へ電波を放射する指向性を示す。
【特許文献１】特開２０００−５９１２８号公報（第３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述した従来技術は、衛星波と地上波の両方が受信可能なダイバーシティアンテナ装置の薄型化を実現してはいるものの、誘電体基板上に一対の放射導体を並設しており、しかも地上波用の放射導体は高次モードで共振させるために大きく形成しなければならないので、装置全体が平面的にやや大きなものになってしまう。それゆえ、かかる従来のダイバーシティアンテナ装置は、自動車の車室内に設置すると目障りな印象を与えやすく、運転者の視界を損なう虞もあった。なお、この種のダイバーシティアンテナ装置を自動車の車室外に設置すると、配線が煩雑になり外観も損なわれ、破損や盗難の危険性も高まるため好ましくない。
【０００６】
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、衛星波と地上波の両方を受信可能で小型かつ薄型なダイバーシティ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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明のダイバーシティアンテナ装置では、誘電体基板の片面に縮退分離素子を装荷した放射導体が設けられると共に、該誘電体基板の他面に接地導体が設けられ、かつ、前記放射導体の給電点に給電ピンが接続されているパッチアンテナ構造の第１および第２のアンテナ素子を備え、前記第１のアンテナ素子をその放射導体が自動車のフロントガラスの傾斜部内表面と対向するように取り付けると共に、前記第２のアンテナ素子をその放射導体が該自動車のリアガラスの傾斜部内表面と対向するように取り付けることによって、これら第１および第２のアンテナ素子が各々同じ周波数帯で人工衛星から送信される円偏波と地上局から送信される垂直偏波とを同時に受信して２種類の受信信号を出力するようになし、かつ、前記第１および第２のアンテナ素子から計４種類の受信信号が入力される信号処理回路を備え、該信号処理回路によって受信信号の最適化処理が行われるように構成した。
【０００８】
このように構成されたダイバーシティアンテナ装置において、フロントガラス側に取り付けられたパッチアンテナ構造の第１のアンテナ素子は、その放射導体が前方斜め上向きに配置されているため、上方または前方から飛来する衛星波（円偏波）が受信可能であると共に、前方水平方向から飛来する地上波（垂直偏波）が受信可能であり、それゆえ偏波ダイバーシティによって受信レベルの変動を抑えることができる。同様に、リアガラス側に取り付けられたパッチアンテナ構造の第２のアンテナ素子は、その放射導体が後方斜め上向きに配置されているため、上方または後方から飛来する衛星波が受信可能であると共に後方水平方向から飛来する地上波が受信可能であり、それゆえ偏波ダイバーシティによって受信レベルの変動を抑えることができる。また、これら第１および第２のアンテナ素子は互いに離れた位置に配設されているので、スペースダイバーシティによって受信レベルの変動を抑えることもできる。したがって、信号処理回路において、一対の第１および第２のアンテナ素子から入力された計４種類の受信信号のうち感度が良好なものを選択して切り替えたり、複数種類の受信信号を合成するなどして受信信号の最適化処理を行うことにより、所望の受信レベルを確保することができる。
【０００９】
しかも、このように構成されたダイバーシティアンテナ装置は、第１および第２のアンテナ素子が小型かつ薄型でよいため、例えばフロントガラスやリアガラスの上端近傍の車室内にアンテナ素子を取り付ければ、目障りな印象を与えず運転者の視界を損なう心配もない。
【００１０】
上記の構成において、前記第１および第２のアンテナ素子はいずれも、その放射導体を前記傾斜部内表面と対向させた前記取付状態で前記給電点が該放射導体の中心よりも下側に設定されていることが好ましい。換言するなら、フロントガラス側に取り付けられた第１のアンテナ素子は、その給電ピンが誘電体基板の前端寄りに位置していることが好ましく、リアガラス側に取り付けられた第２のアンテナ素子は、その給電ピンが誘電体基板の後端寄りに位置していることが好ましい。このように設定してあると、垂直偏波成分の利得が高まるため、地上波が効率よく受信できるようになる。
【００１１】
また、上記の構成において、前記フロントガラスに臨出して前記第１のアンテナ素子が受信した信号を伝送する第１の信号ケ−ブルと、前記リアガラスに臨出して前記第２のアンテナ素子が受信した信号を伝送する第２の信号ケ−ブルが、いずれも略水平面に沿って配置されていれば、これら信号ケ−ブルがアンテナとなって垂直偏波を受信してしまう虞がなくなるため、地上波の受信信号のノイズを低減する効果が高まって好ましい。この場合において、第１のアンテナ素子と第１の信号ケ−ブルとの間、および第２のアンテナ素子と第２の信号ケ−ブルとの間に、それぞれ、受信信号を増幅する増幅器を備えており、該増幅器は前記誘電体基板の前記他面側に配置されて前記給電ピンと接続されていることが好ましく、これにより、増幅した受信信号を信号ケ−ブルに出力することができるためＳＮ比が良好となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のダイバーシティアンテナ装置は、フロントガラス側とリアがラス側に配設されたパッチアンテナ構造の一対のアンテナ素子が各々衛星波と地上波を受信可能であって、偏波ダイバーシティとスペースダイバーシティとにより受信レベルの変動が抑制できるようになっているため、所望の受信レベルが確保しやすい。また、一対の第１および第２のアンテナ素子は小型かつ薄型でよいため、例えばフロントガラスやリアガラスの上端近傍の車室内にアンテナ素子を取り付ければ、目障りな印象を与えず運転者の視界を損なう心配もない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
発明の実施の形態を図面を参照して説明すると、図１は本発明の実施形態例に係るダイバーシティアンテナ装置を自動車に取り付けた状態を示す説明図、図２は図１のＡ部拡大図、図３は図２に示すアンテナ素子の平面図、図４は図１のＢ部拡大図、図５は図１に示す自動車を上方から見た説明図、図６〜図８は本実施形態例に係るシミュレーションに基づく特性図である。
【００１４】
これらの図に示すダイバーシティアンテナ装置は、使用周波数が２．３ＧＨｚ帯のＳＤＡＲＳ（Satellite-delivered Digital Audio Radio Service）用に開発された車載用のアンテナ装置である。このダイバーシティアンテナ装置は、自動車３０のフロントガラス３１側とリアガラス３２側にそれぞれ取り付けられたパッチアンテナ構造の一対のアンテナ素子１，２と、両アンテナ素子１，２で受信された信号がダウンコンバータ３，４を介して入力されるマルチプレクサ（信号処理回路）５とを備えた構成になっており、各アンテナ素子１，２は信号ケ−ブル６，７（図５参照）によってダウンコンバータ３，４と接続されている。
【００１５】
フロントガラス３１側に取り付けられたアンテナ素子（以下、これを第１のアンテナ素子と称す）１は、図２および図３に示すように、セラミック等からなる誘電体基板１１と、誘電体基板１１の片面にパターニングされた正方形状の放射導体１２と、誘電体基板１１の他面のほぼ全面にパターニングされた接地導体１３と、誘電体基板１１を貫通して放射導体１２の給電点Ｐ１に接続された給電ピン１４とによって構成されており、放射導体１２の隅部には２箇所に切欠き状の縮退分離素子１２ａが装荷されている。なお、図２に示すように、誘電体基板１１の前記他面側には低雑音増幅器１５が設けられており、その低雑音増幅回路（図示せず）の入力端は給電ピン１４と接続されている。第１のアンテナ素子１は、放射導体１２に所定の高周波信号を給電して励振させることにより、同じ周波数帯で人工衛星４０から送信される円偏波と地上局５０から送信される垂直偏波とを同時に受信することができ、これら２種類の受信信号は給電ピン１４から低雑音増幅器１５へ送られて増幅された後、信号ケ−ブル６を経由してダウンコンバータ３へ出力される。また、第１のアンテナ素子１は、放射導体１２をフロントガラス３１の上端寄りの傾斜部内表面３１ａに対向させた状態でフロントガラス３１に直接取り付けられており、図５に示すように、第１のアンテナ素子１の取付位置はフロントガラス３１の幅方向略中央に設定されている。そして、図２に示すように、フロントガラス３１に対して第１のアンテナ素子１を取り付ける際には、給電点Ｐ１が放射導体１２の中心よりも下側に位置するように設定にしておき、給電ピン１４を誘電体基板１１の前端寄りに位置させておく。
【００１６】
リアガラス３２側に取り付けられたアンテナ素子（以下、これを第２のアンテナ素子と称す）２は、第１のアンテナ素子１と同等の構成で大きさや形状にも差異はない。つまり、図４に示すように、第２のアンテナ素子２は、誘電体基板２１の片面にパターニングされた放射導体２２と、誘電体基板２１の他面のほぼ全面にパターニングされた接地導体２３と、放射導体２２の給電点Ｐ２に接続された給電ピン２４とによって主に構成され、放射導体２２の隅部には２箇所に切欠き状の縮退分離素子（図示せず）が装荷されている。なお、誘電体基板２１の前記他面側には低雑音増幅器２５が設けられており、その低雑音増幅回路（図示せず）の入力端は給電ピン２４と接続されている。この第２のアンテナ素子２も、同じ周波数帯で人工衛星４０から送信される円偏波と地上局５０から送信される垂直偏波とを同時に受信することができ、これら２種類の受信信号は給電ピン２４から低雑音増幅器２５へ送られて増幅された後、信号ケ−ブル７を経由してダウンコンバータ４へ出力される。また、第２のアンテナ素子２は、放射導体２２をリアガラス３２の上端寄りの傾斜部内表面３２ａに対向させた状態でリアガラス３２に直接取り付けられており、図５に示すように、第２のアンテナ素子２の取付位置はリアガラス３２の幅方向略中央に設定されている。そして、図４に示すように、リアガラス３２に対して第２のアンテナ素子２を取り付ける際には、給電点Ｐ２が放射導体２２の中心よりも下側に位置するように設定にしておき、給電ピン２４を誘電体基板２１の後端寄りに位置させておく。
【００１７】
図５に示すように、第１のアンテナ素子１用の低雑音増幅器１５とダウンコンバータ３とを接続する信号ケ−ブル６のうち、フロントガラス３１に臨出する部分は略水平面に沿って配置されている。同様に、第２のアンテナ素子２用の低雑音増幅器２５とダウンコンバータ４とを接続する信号ケ−ブル７のうち、リアガラス３２に臨出する部分は略水平面に沿って配置されている。
【００１８】
ダウンコンバータ３には、第１のアンテナ素子１で受信されて低雑音増幅器１５で増幅されたＲＦ信号が入力される。また、ダウンコンバータ４には、第２のアンテナ素子２で受信されて低雑音増幅器２５で増幅されたＲＦ信号が入力される。これらのダウンコンバータ３，４は、ＲＦ信号をＩＦ信号に変換してマルチプレクサ５に出力する。
【００１９】
マルチプレクサ（信号処理回路）５には、ダウンコンバータ３，４を介して４種類の受信信号が入力される。すなわち、第１のアンテナ素子１が受信した衛星波と地上波の信号がダウンコンバータ３を介して入力されると共に、第２のアンテナ素子２が受信した衛星波と地上波の信号がダウンコンバータ４を介して入力される。マルチプレクサ５は、これら４種類の受信信号のうち感度が良好なものを選択して切り替えたり、複数種類の受信信号を合成するなどして受信信号の最適化処理を行い、ＩＦ信号として出力する。
【００２０】
そして、図１に示すように、マルチプレクサ５の出力信号は復調器８に入力されて、ＩＦ信号からディジタル信号に復調された後、このディジタル信号が復調器８からデコーダ９に出力されてアナログ信号に変換されるようになっている。なお、ダウンコンバータ３，４やマルチプレクサ５、復調器８、デコーダ９等は受信機１０を構成している。
【００２１】
このように本実施形態例に係るダイバーシティアンテナ装置では、フロントガラス３１側に取り付けられた第１のアンテナ素子１の放射導体１２が前方斜め上向きに配置されているため、上方または前方から飛来する衛星波（円偏波）が受信可能であると共に、前方水平方向から飛来する地上波（垂直偏波）が受信可能であり、それゆえ偏波ダイバーシティによって受信レベルの変動を抑えることができる。同様に、リアガラス３２側に取り付けられた第２のアンテナ素子２の放射導体２２が後方斜め上向きに配置されているため、上方または後方から飛来する衛星波が受信可能であると共に後方水平方向から飛来する地上波が受信可能であり、それゆえ偏波ダイバーシティによって受信レベルの変動を抑えることができる。また、これら第１および第２のアンテナ素子１，２は互いに離れた位置に配設されているので、スペースダイバーシティによって受信レベルの変動を抑えることもできる。したがって、マルチプレクサ５において、第１および第２のアンテナ素子１，２から供給された計４種類の受信信号のうち感度が良好なものを選択して切り替えたり、複数種類の受信信号を合成するなどして受信信号の最適化処理を行うことにより、所望の受信レベルを確保することができる。しかも、このダイバーシティアンテナ装置は、第１および第２のアンテナ素子１，２が小型かつ薄型でよいため、フロントガラス３１やリアガラス３２の上端近傍の車室内に取り付けられたアンテナ素子１，２は目障りな印象を与えず、運転者の視界を損なう心配もない。
【００２２】
また、このダイバーシティアンテナ装置では、第１および第２のアンテナ素子１，２の給電ピン１４，１５の最適位置を後述するシミュレーションによって求めたところ、フロントガラス３１に沿って第１のアンテナ素子１を回転させたときに給電点Ｐ１が最も下に位置することが好ましく、かつリアガラス３２に沿って第２のアンテナ素子２を回転させたときに給電点Ｐ２が最も下に位置することが好ましいという結果を得たため、給電ピン１４を放射導体１２の中心の下側に設定し、かつ、給電ピン１５を放射導体２２の中心の下側に設定している。
【００２３】
かかるシミュレーションの内容を第１のアンテナ素子１を例にして説明すると、フロントガラス３１に沿って第１のアンテナ素子１を回転させることにより給電点Ｐ１の位置を変更し、それぞれの回転位置において、地表面に対して仰角０度と仰角１０度における垂直偏波（水平方向）の放射パターンを求める。ただし、第１のアンテナ素子１は後方からの電波の受信を意図したものではないので、フロントガラス３１の真正面の右１０５度と左１０５度の範囲内（±１０５度）の放射パターン（放射利得）を求める。その場合、第１のパラメータを垂直偏波成分のリップル（最大値と最小値の差）とし、第２のパラメータを垂直偏波成分の平均利得として、第１のアンテナ素子１の回転位置φ’を変化させてシミュレーションしたところ、第１のパラメータは図６のように変化し、第２のパラメータは図７のように変化した。なお、これらの図において、データαは仰角０度の場合、データβは仰角１０度の場合であり、第１のアンテナ素子１を回転させて給電点Ｐ１が最も下に位置したときがφ’＝９０°、給電点Ｐ１が最も上に位置したときがφ’＝２７０°となっている。
【００２４】
図６および図７に示すように、シミュレーション結果から、第１のアンテナ素子１は給電点Ｐ１を最も下に位置させたとき（φ’＝９０°）、つまり本実施形態例のような設定にしたときに、仰角０度でも仰角１０度でもリップルおよび平均利得が良好な特性となることがわかる。図８は、このようにφ’＝９０°に設定された第１のアンテナ素子１の方位角に応じた放射利得を具体的に示したものであり、データαは仰角０度の場合、データβは仰角１０度の場合である。なお、同図において、方位角１８０°が車両の真正面方向を示しており、径方向に沿って付された数字は利得（ｄＢ）の大きさを示している。
【００２５】
なお、リアガラス３２に取り付けられる第２のアンテナ素子２の場合も同様であって、給電点Ｐ２を最も下に位置させたとき、つまり本実施形態例のような設定にしたときに、仰角０度でも仰角１０度でもリップルおよび平均利得が良好な特性となる。このように給電点Ｐ１，Ｐ２が放射導体１２，２２の中心よりも下側にあるときに垂直偏波成分の利得が高まる理由は、グラウンドとして機能する自動車３０のボディから給電点Ｐ１，Ｐ２を遠ざけることで垂直偏波成分が増大するものと推測される。
【００２６】
また、本実施形態例に係るダイバーシティアンテナ装置では、フロントガラス３１に臨出して第１のアンテナ素子１が受信した信号を伝送する信号ケ−ブル６と、リアガラス３２に臨出して第２のアンテナ素子２が受信した信号を伝送する信号ケ−ブル７が、いずれも略水平面に沿って配置されているので、これら信号ケ−ブル６，７がアンテナとなって垂直偏波を受信してしまう虞がない。そのため、地上波の受信信号のノイズが低減して良好な感度が期待できる。
【００２７】
また、このダイバーシティアンテナ装置では、第１のアンテナ素子１と信号ケ−ブル６との間、および第２のアンテナ素子２と信号ケ−ブル７との間に、それぞれ、受信信号を増幅する低雑音増幅器１５，２５が設けられており、これらの低雑音増幅器１５，２５で増幅された受信信号が信号ケ−ブル６，７に出力されるようになっているので、良好なＳＮ比が期待できる。
【００２８】
なお、上述した実施形態例では、第１および第２のアンテナ装置１，２をフロントガラス３１やリアガラス３２に直接固定しているが、取付部材を別途使用してもよい。また、第１および第２のアンテナ装置１，２の誘電体基板１１，２１や放射導体１２，２２等の形状は適宜選択可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態例に係るダイバーシティアンテナ装置を自動車に取り付けた状態を示す説明図である。
【図２】図１のＡ部拡大図である。
【図３】図２に示すアンテナ素子の平面図である。
【図４】図１のＢ部拡大図である。
【図５】図１に示す自動車を上方から見た説明図である。
【図６】本実施形態例に係るシミュレーション結果を示す特性図である。
【図７】本実施形態例に係るシミュレーション結果を示す特性図である。
【図８】該シミュレーション結果の一具体例を示す特性図である。
【符号の説明】
【００３０】
１，２  アンテナ素子
３，４  ダウンコンバータ
５  マルチプレクサ（信号処理回路）
６  信号ケ−ブル（第１の信号ケ−ブル）
７  信号ケ−ブル（第２の信号ケ−ブル）
１１，２１  誘電体基板
１２，２２  放射導体
１２ａ  縮退分離素子
１３，２３  接地導体
１４，２４  給電ピン
１５，２５  低雑音増幅器
３０  自動車
３１  フロントガラス
３１ａ  傾斜部内表面
３２  リアガラス
３２ａ  傾斜部内表面
４０  人工衛星
５０  地上局
Ｐ１，Ｐ２  給電点
【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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