(57)【要約】      （修正有）【課題】自由空間波長λおよび周波数ｆを有する円偏波衛星無線信号の受信用であり、導電性ベース面より上に位置する少なくとも１つの円偏波衛星受信アンテナを備えるアンテナ構造を提供する。【解決手段】円偏波衛星受信アンテナ２は、その外形が位相中心ＰＺの周りに相対アンテナ半径ｒａ／λ＜０．１５の円Ｋに内接する導波器４が設けられる。導波器は、２つの導体端部を有する水平電気導体を有し、水平電気導体は、導電性ベース面３より上の導波器高さにおいて導波器長さＬｄにわたって案内され、水平電気導体は、２つの導体端部で角度をなし、そこから夫々垂直導体として導電性ベース面に向かって延在し、導電性ベース面に電気的導電接続される。【選択図】図１ａ
2019092151.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自由空間波長λおよび周波数ｆを有する円偏波衛星無線信号の受信用であり、導電性ベース面（３）より上に位置する少なくとも１つの円偏波衛星受信アンテナ（２）を備える、特に衛星ナビゲーション用のアンテナ構造（１）であって、前記円偏波衛星受信アンテナ（２）は、相対アンテナ高さｈａ／λ＜０．１５を有し、その外形が位相中心ＰＺの周りに相対アンテナ半径ｒａ／λ＜０．１５の円Ｋに内接し、
導波器（４）が設けられ、前記導波器（４）は、２つの導体端部（１１）を有する水平電気導体（５）を有し、前記水平電気導体（５）は、前記導電性ベース面（３）より上の導波器高さｈｄにおいて導波器長さＬｄにわたって案内され、前記導電性ベース面に対して垂直であって円筒半径ｒｚと前記衛星受信アンテナ（２）の前記位相中心ＰＺを通る中心軸Ｚとを有する円筒のジャケット面Ｍｚに、実際には少なくとも近づけられ、前記水平電気導体（５）は、前記２つの導体端部（１１）で角度をなし、そこから夫々垂直導体（６）として前記導電性ベース面（３）に向かって延在し、前記導電性ベース面（３）に電気的導電接続され、
前記導波器（４）は、その固有共振周波数が前記周波数ｆの近傍に設定されるように前記導波器長さＬｄと前記導波器高さｈｄと前記垂直導体（６）とを設計することにより適合されることを特徴とする、アンテナ構造（１）。
【請求項２】
前記導波器長さが０．２＜Ｌｄ／λ＜０．４５の範囲で選択され、
前記相対導波器高さが０．０３＜ｈｄ／λ＜０．１５の範囲で選択され、
前記円筒半径が０．１５＜ｒｚ／λ＜０．５の範囲で選択されることを特徴とする、請求項１に記載のアンテナ構造（１）。
【請求項３】
前記水平電気導体（５）が直線状に設計され、特に前記２つの垂直導体（６）が前記ジャケット面Ｍｚの領域に配置されることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のアンテナ構造（１）。
【請求項４】
前記導波器長さＬｄは、前記自由空間波長λの半分の約９０％より短くなるように選択され、前記円筒半径ｒｚは、前記自由空間波長λの約２０％になるように選択されることを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載のアンテナ構造（１）。
【請求項５】
小さな仰角での交差偏波を全方位角範囲にわたって減少させるため、少なくとも３つの導波器（４）が前記衛星受信アンテナ（２）の周りに方位角上均一に配置され、特に前記円筒半径ｒｚが自由空間波長の半分より大きくならないように選択されることを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載のアンテナ構造（１）。
【請求項６】
方位角上のセクタ毎に不規則な環境に起因して特に仰角約３０°で方位角指向性パターンと交差偏波間隔とが損なわれることを補償するため、水平指向性の直接的不規則変化に備えて、前記少なくとも１つの導波器（４）が、前記位相中心ＰＺから自由空間周波数波長λの半分未満の間隔で配置されることを特徴とする、請求項１〜５の何れか１項に記載のアンテナ構造（１）。
【請求項７】
導電性接地板（３ａ）が、前記衛星受信アンテナ（２）と前記少なくとも１つの導波器（４）の機構支持体として設けられ、それには、前記導波器（４）の電気的アクティブ接続のための接地点（８）が形成されることを特徴とする、請求項１〜６の何れか１項に記載のアンテナ構造（１）。
【請求項８】
前記接地板（３ａ）は、少なくともその一部が導電性シート金属表面から設計され、前記導波器（４）は、接地点（８）としての接続ウェブ（２６）以外が該シート金属表面から切り離され、前記シート金属表面から曲げ角度（１０）だけ折り曲げられることを特徴とする、請求項７に記載のアンテナ構造（１）。
【請求項９】
前記導波器（４）がワイヤ状に構成されることを特徴とする、請求項１〜７の何れか１項に記載のアンテナ構造（１）。
【請求項１０】
小さな仰角におけるアンテナ利得を方位角上のセクタ毎に増加させるため、少なくとも２つの導波器（４）が前記円筒ジャケットＭｚに沿って互いに近接して配置され、前記水平電気導体（５）間の隣接する前記導体端部（１１）が互いに容量結合することを特徴とする、請求項１〜９の何れか１項に記載のアンテナ構造（１）。
【請求項１１】
アンテナ利得を方位角に左右されることなく増加させ、交差偏波間隔をさらに向上させるため、前記衛星受信アンテナ（２）は、導体端部（１１）に関して互いに容量結合した隣接する導波器（４）によって方位角上対称に完全に囲われることを特徴とする、請求項１〜１０の何れか１項に記載のアンテナ構造（１）。
【請求項１２】
複数の導波器（４）が設けられ、前記複数の導波器（４）は、導電性シート金属を有し、シート金属ラグ（１２）が形成されるように、前記長尺の電気導体（５）の前記導体端部（１１）で折り曲げられ、角ばった形に成形され、互いに平行な隣接する導波器（４）のラグ表面によって容量結合が生じることを特徴とする、請求項１〜８、１０および１１の何れか１項に記載のアンテナ構造。
【請求項１３】
前記導波器（４）が環状に配置され、シート金属からなる機械的にまとまりのあるリングを形成するように組み合わされ、接地板（３ａ）上に据えられ、それに対して接地点（８）で電気的導電接続される接続ウェブ（２６）によって前記導波器（４）の接続がもたらされることを特徴とする、請求項１２に記載のアンテナ構造（１）。
【請求項１４】
前記衛星受信アンテナ（２）は、相対高さｈａ／λ〜０．１の円偏波ループアンテナ（１３）であり、その垂直投影が位相中心ＰＺの周りに前記相対アンテナ半径ｒａ／λ〜０．１３ｎｍの円に内接し、
前記導波器長さＬｄ／λ〜０．３が選択され、
前記導波器高さｈｄ／λ〜０．０７選択され、
前記円筒半径ｒｚ／λ〜０．２が選択されることを特徴とする、請求項１〜１３の何れか１項に記載のアンテナ構造（１）。
【請求項１５】
前記衛星受信アンテナ（２）は、円偏波パッチアンテナ（１４）として形成されることを特徴とする、請求項１〜１３の何れか１項に記載のアンテナ構造（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円偏波衛星無線信号受信用のアンテナ構造に関し、特に衛星無線ナビゲーション用のアンテナ構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
特に衛星ナビゲーションシステムにおいて、衛星から放射される送信出力に対する受信アンテナの採算性および効率性がとりわけ重要である。衛星無線信号は、通常、円偏波電磁波を用いて伝送路上の偏波回転によって伝送され、あらゆる既知の衛星ナビゲーションシステムに用いられている。最近のナビゲーションシステムには、複数の衛星ナビゲーションシステムの同時受信無線信号の評価、特に移動体ナビゲーションにおける高いナビゲーション精度を伴う全世界的可用性に対する備えがなされている。併用で受信を行うこのようなシステムは、ＧＮＳＳ（全地球航法衛星システム）と総称され、ＧＰＳ、ＧＬＯＮＡＳＳ、Ｇａｌｉｌｅｏ、Ｂｅｉｄｏｕ等の既知のシステムを含んでいる。車両上のナビゲーション用の衛星アンテナは、通常、車体の導電性外皮上に設置されている。例えば、独国特許出願公開公報第１０  ２００９  ０４０  ９１０号明細書、独国特許出願公開公報第４０  ０８  ５０５号明細書、および独国特許出願公開公報第１０１  ６３  ７９３号明細書には、円偏波衛星受信アンテナが開示されている。特に、費用対効果の高い製造が可能であるとともに構築物の高さが低いことを特徴とする当該アンテナは、車両上での設置に適している。例えば独国特許出願公開公報第１０  ２００９  ０４０  ９１０号明細書によって既知であり、共振構造として設計され、構築物の嵩が小さく、特に移動体に不可欠な、円形、多角形または方形のループアンテナがこれに含まれる。このアンテナは、比較的サイズの小さい所要の導電性ベース領域を有し、自由空間波長の１０分の１未満であり、高さが非常に低い。低仰角での受信に関しては性能が少し劣るが、車両上の衛星ナビゲーション用の別のアンテナとして、先行技術によりパッチアンテナが既知となっている。ＧＮＳＳ用の衛星アンテナの課題の１つとして、例えば中心周波数１５７５ＭＨｚ（所要帯域幅約８０Ｈｚ）のＧＰＳ用周波数帯Ｌ１と中心周波数１２２７ＭＨｚ（所要帯域幅約５３ＭＨｚ）の周波数帯Ｌ２とで予め定義された広周波数帯域幅が必要となる。これ対して、例えば２つの周波数帯Ｌ１、Ｌ２に夫々対応する別個のアンテナ、または両周波数帯をカバーする１つのアンテナで対応している。周波数帯Ｌ１、Ｌ２における信号内容を同時に評価するためのシステムは、特に利用可能な構築スペースが小さいため、とりわけ車両への構築においては常にそうであるがゆえに、アンテナ特性に対する要求が特に高い。互いに近接して配置され、上記２つの周波数帯に夫々対応する別個のアンテナの使用は、相互電磁結合の問題とともに、指向性パターンおよび偏波単位に影響を及ぼすという作用、そして特に低仰角領域における交差偏波を伴う。低仰角で入射する位置特定衛星信号があるため、所望の偏波方向すなわち通常は右旋円偏波（ＲＨＣＰ）方向において正確な位置を特定するにあたり、反対の偏波方向すなわち交差偏波である左旋円偏波（ＬＨＣＰ）を抑制することが特に重要である。位置特定結果の精度は、衛星受信アンテナの交差偏波に対する所望の偏波の割合、すなわち交差偏波間隔に特に左右される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一方、中心周波数を約１３８５ＭＨｚとして約３６０ＭＨｚの帯域幅で両周波数帯をカバーし、さらに交差偏波間隔および低仰角領域でのアンテナ利得についての幾分厳しい要求に応える衛星ナビゲーションアンテナを実現することは技術的に難しい。
【０００４】
上述のように、特に構築スペースの小さい衛星受信アンテナは、車両上での利用に適している。従来技術に基づくこの種のアンテナは、パッチアンテナとして知られている。しかしながら、それらは低仰角での受信については性能が少し劣っている。この不都合は、独国特許出願公開公報第１０  ２００９  ０４０  ９１０号明細書に記載されているように、ループアンテナによってある程度解消される。しかしながら、特にそのようなループアンテナでも、低仰角領域における交差偏波間隔を向上させることが望ましい。
【０００５】
車両上での使用に特化したアンテナシステムの設計が必要となるのは、多くの場合、衛星ナビゲーションアンテナの方位角非対称環境を往々にして特徴とするように利用可能な構築スペース上の制約があるためである。衛星アンテナは、通常、車両の導電性外皮の水平面に設置される。リヤガラスの切り抜き上縁の直近すなわち後方屋根縁端は、例えば車両技術面から好ましい導電性の車両屋根上の当該衛星受信アンテナの取り付け位置としてしばしば指定される。多くの場合、車両屋根は窓の縁に向かって湾曲しており、傾斜するように設計されているため、方位角方向に平面であり完全に水平な導電性ベース面に衛星アンテナが設置されることはない。このことは、方位角の全方位パターン、そしてある程度まで方位角依存方向、交差偏波間隔、および特に低仰角における利得にも悪影響を与える。このような衛星アンテナの受信特性の乱れは、水平な車体表面の周縁領域付近に部分的にかかるようにアンテナが設置される場合、必ず生じる。
【０００６】
本発明は、車両上の構築高さを低くした円偏波衛星無線信号用アンテナ構造であって、交差偏波間隔が高く、低仰角での放射性特性の利得が十分得られるアンテナ構造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】
【０００７】
この目的は、請求項１の特徴によって満たされる。
【０００８】
本発明によれば、自由空間波長λおよび周波数ｆを有する円偏波衛星無線信号の受信用であり、導電性ベース面（３）より上に位置する少なくとも１つの円偏波衛星受信アンテナ（２）を備える、特に衛星ナビゲーション用のアンテナ構造（１）であって、前記円偏波衛星受信アンテナ（２）は、相対アンテナ高さｈａ／λ＜０．１５を有し、その外形が位相中心ＰＺの周りに相対アンテナ半径ｒａ／λ＜０．１５の円Ｋに内接する。導波器（４）が更に設けられ、前記導波器（４）は、２つの導体端部（１１）を有する水平電気導体（５）を有し、前記水平電気導体（５）は、前記導電性ベース面（３）より上の導波器高さｈｄにおいて導波器長さＬｄにわたって案内され、前記導電性ベース面に対して垂直であって円筒半径ｒｚと前記衛星受信アンテナ（２）の前記位相中心ＰＺを通る中心軸Ｚとを有する円筒のジャケット面Ｍｚに、実際には少なくとも近づけられ、前記水平電気導体（５）は、前記２つの導体端部（１１）で角度をなし、そこから夫々垂直導体（６）として前記導電性ベース面（３）に向かって延在し、前記導電性ベース面（３）に電気的導電接続される。前記導波器（４）は、その固有共振周波数が前記周波数ｆの近傍に設定されるように前記導波器長さＬｄと前記導波器高さｈｄと前記垂直導体（６）とを設計することにより適合されることが可能である。
【０００９】
有利な実施形態は、以下のように構成可能である。
【００１０】
前記相対導波器長さが０．２＜Ｌｄ／λ＜０．４の範囲で選択され、
前記相対導波器高さが０．０３＜ｈｄ／λ＜０．１５の範囲で選択され、
前記相対円筒半径が０．１５＜ｒｚ／λ＜０．５の範囲で選択されることが可能である。
【００１１】
前記細長い水平電気導体（５）は、近似的に前記円筒の前記湾曲したジャケット面Ｍｚの平面図において湾曲または割線のように直線状に設計されることが可能である。
【００１２】
前記導波器長さＬｄは、前記共振周波数よりも僅かに小さく、すなわち、前記自由空間波長λの半分の約９０％より僅かに低く選択され、前記円筒半径ｒｚは、前記自由空間波長λの約２０％に選択されることが可能である。
【００１３】
小さな仰角での交差偏波を全方位角範囲にわたって減少させるため、少なくとも３つの導波器（４）が前記衛星受信アンテナ（２）の周りに方位角上均一に配置され、前記円筒半径ｒｚが自由空間波長の半分未満に選択されることが可能である。
【００１４】
方位角上のセクタ毎に不規則な環境に起因して特に仰角約３０°で方位角指向性パターンと交差偏波間隔とが損なわれることを補償するため、水平指向性の直接的不規則変化に備えて、前記少なくとも１つの導波器（４）が、前記位相中心ＰＺから自由空間周波数波長λの半分未満の間隔で方位角によって配置されることが可能である。
【００１５】
前記車両の導電性外皮上にある導電性接地板（３ａ）が、前記衛星受信アンテナ（２）と前記少なくとも１つの導波器（４）の機構支持体として設けられ、前記接地板（３ａ）には、前記導波器（４）の前記導電性ベース面（３）に対する電気的に有効な接続のための接地点が形成されることが可能である。
【００１６】
前記導波器（４）がワイヤ状に構成されることが可能である。
【００１７】
前記接地板（３ａ）は、少なくともその一部が導電性シート金属表面から設計され、前記導波器（４）は、接地点（８）としての接続ウェブ（２６）以外が該シート金属表面から切り離され、前記シート金属表面から曲げ角度（１０）だけ折り曲げられることが可能である。
【００１８】
小さな仰角におけるアンテナ利得を方位角上のセクタ毎に増加させるため、少なくとも２つの導波器（４）が前記円筒ジャケットＭｚに沿って互いに近接して配置され、前記細長い水平電気導体（５）間の隣接する前記導体端部（１１）が互いに容量結合することが可能である。
【００１９】
アンテナ利得を方位角に左右されることなく増加させ、交差偏波間隔をさらに向上させるため、前記衛星受信アンテナ（２）は、導体端部（１１）に関して互いに容量結合した隣接する導波器（４）によって方位角上対称に完全に囲われることが可能である。
【００２０】
前記複数の導波器（４）は、導電性シート金属を有し、シート金属ラグ（１２）が形成されるように、前記長尺の電気導体（５）の前記導体端部（１１）で折り曲げられ、角ばった形に成形され、互いに平行な隣接する導波器（４）のラグ表面によって容量結合が生じることが可能である。
【００２１】
環状に配置された前記導波器（４）が、シート金属からなる機械的にまとまりのあるリングを形成するように組み立てられ、接地板（３ａ）上に据えられ、それに対して接地点（８）で電気的導電接続された接続ウェブ（２６）によって前記導波器（４）の接続がもたらされることが可能である。
【００２２】
前記衛星受信アンテナ（２）は、相対高さｈａ／λ〜０．１の円偏波ループアンテナ（１３）を有し、その垂直投影が位相中心ＰＺの周りに前記相対アンテナ半径ｒａ／λ〜０．１３ｎｍの円に内接し、
前記相対導波器長さＬｄ／λ〜０．３が選択され、
前記相対導波器高さｈｄ／λ〜０．０７選択され、
前記相対円筒半径ｒｚ／λ〜０．２が選択されることが可能である。
【００２３】
前記衛星受信アンテナ（２）は、円偏波パッチアンテナ（１４）として形成されることが可能である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係るアンテナ構造１には、位置特定衛星の受信に適しているが、それ以上詳細には規定されない既定義の衛星受信アンテナ２を使用する場合、利得および交差偏波抑制に関する導波器４の発明に基づく設計と配置とによって放射特性を直接的に向上させることができるという利点がある。
【００２５】
また、本発明特有の利点として、アンテナ構造１の方位角上不規則な環境において、これに起因する利得および交差偏波間隔についての全方位性放射特性の乱れを無くすことも可能である。
【００２６】
本発明に係るアンテナ構造１のさらなる利点として、導波器４の製造と取り付けが特に容易であり、単純な曲げ加工シート金属構造またはワイヤ構造により実現することも可能である。
【００２７】
本発明によれば、自由空間波長λの円偏波衛星無線信号を受信するためのアンテナ構造１は、導電性ベース面３である車両７の略水平な外皮の上に配置され、位相中心ＰＺを有する少なくとも１つの円偏波衛星受信アンテナ２を備えている。その相対アンテナ高さは、ｈａ／λ＜０．１５であり、その垂直投影は、ＰＺを位相中心とする相対アンテナ半径ｒａ／λ＜０．１５の円Ｋに内接する。少なくとも１つの導波器４が設けられ、これは略長尺の水平電気導体５からなり、導電性ベース面３より上、導波器の高さｈｄより下において、導波器の長さＬｄにわたって、円筒半径ｒｚと衛星アンテナ２の位相中心ＰＺを通る中心軸Ｚを有する垂直方向円筒のジャケット面におおよそ沿うように配設されている。水平電気導体５は、長さＬの両端で曲げられ、垂直導体６として夫々導電性ベース面３に向かって延び、それに導電的に接続される。相対導波器長さＬｄは、０．２＜Ｌｄ／λ＜０．４の範囲で選択される。相対導波器高さｈｄは、０．０３ｈｄ／λ＜０．１５の範囲で選択される。相対円筒半径は、０．１５＜ｒｚ／λ＜０．４の範囲で選択される。
【００２８】
本発明は、実施形態を参照しながら以下でさらに詳細に説明される。関連図面は、以下に詳細に表す。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】導電性ベース面３としての車両７の外皮上において中心Ｚに位相中心ＰＺを有し、本発明に基づき方位角方向に複数の導波器４で囲われた電気的小型衛星受信アンテナ２を有する本発明に係るアンテナ構造１の空間表示の図である。各導波器４は、実施例のように、長さＬｄを有して高さｈｄより下に配設され、両端まで続き、その何れにおいても垂直導体６が導電性ベース面３へと繋がり、その下端が接地点８を介して導電性ベース面３に導電的に接続される直線状の水平電気導体５を含んでいる。水平導体５は、円筒半径ｒｚを有する垂直方向円筒のジャケット面Ｍｚにおおよそ沿うように直線状に配設される。この電気的小型衛星受信アンテナ２は、高さｈａの構築スペースとＺを中心とするアンテナ半径ｒａの円Ｋに内接する。
【図１ａ】円筒半径ｒｚを有する垂直方向円筒のジャケット面Ｍｚの円形水平曲線の一部として、高さｈｄより下でジャケット面Ｍｚに沿って湾曲するように延在する水平導体５を夫々有し、平面視で湾曲する導波器４の配置を表すための、図１ａと同様に本発明に係るアンテナ構造１の平面図である。
【図２】円筒半径ｒｚを有する垂直方向円筒のジャケット面Ｍｚの円形水平曲線に対し実質上その割線として高さｈｄより下で直線状に延在する水平導体５を夫々有する導波器４の配置を表すための、図１と同様に本発明に係るアンテナ構造１の平面図である。
【図３】本発明に係るアンテナ構造１において衛星受信アンテナ２の図３ａの垂直指向性パターン、および同じ衛星受信アンテナ２の図３ｂの垂直指向性パターンの、所望の円偏波方向ＲＨＣＰおよび交差偏波方向ＬＨＣＰの夫々との対比を示し、各図には仰角２０°（天頂角７０°）および仰角５°（天頂角８５°）の入射方向に印がつけてある。帯域Ｌ１（ｆ＝１．５６５Ｍｚ）に帯域中心がある場合：仰角２０°でのアンテナ利得；ＲＣＨＰ  ケースａ）０ｄＢ；ケースｂ）２ｄＢ、仰角２０°でのアンテナ利得；ＬＣＨＰ  ケースａ）−８ｄＢ；ケースｂ）−１．５ｄＢ、仰角５°でのアンテナ利得；ＲＣＨＰ  ケースａ）−４ｄＢ；ケースｂ）０ｄＢ、仰角５°でのアンテナ利得；ＬＣＨＰ  ケースａ）−５．２ｄＢ；ケースｂ）−０．５ｄＢ、結果：本発明に係るアンテナ構造１のＲＨＣＰアンテナ利得は、アンテナが１つの場合のアンテナ利得を仰角５°において４ｄＢ上回り、仰角２０°において約２ｄＢ上回る。
【図４】周波数帯中心Ｌ１（ｆ＝１．５６５ＭＨｚ）における図３の垂直指向性パターンとの相関関係において方位図の対比を示している。仰角＝２０°、ａ）衛星受信アンテナ２、ｂ）本発明に係るアンテナ構造１、結果：本発明に係るアンテナ構造１を用いることにより、仰角２０°において約２ｄＢもの大幅な増加が得られる。
【図５】帯域中心が帯域Ｌ２（ｆ＝１．２２５ＭＨｚ）にある場合の垂直指向性パターンの対比を図３と同様に示す。ａ）衛星受信アンテナ２、ｂ）本発明に係るアンテナ構造１、結果：本発明に係るアンテナ構造１のＲＨＣＰアンテナ利得は、アンテナが１つの場合のアンテナ利得を仰角５°において１．５ｄＢ上回り、仰角２０°において約０．７ｄＢ上回る。
【図６】帯域中心が帯域Ｌ２（ｆ＝１．２２５ＭＨｚ）にある場合の方位角パターンの比較を図５と同様に示す。ａ）衛星受信アンテナ２、ｂ）本発明に係るアンテナ構造１、結果：本発明に係るアンテナ構造１を用いることにより、仰角２０°において約０．７ｄＢもの大幅な増加が得られる。
【図７】周波数帯Ｌ２の周波数帯境界における本発明に係るアンテナ構造１の垂直指向性パターンを示す。ナビゲーション周波数帯Ｌ２のａ）下方周波数帯境界（ｆ＝１２００ＭＨｚ）、ｂ）上方周波数帯境界（ｆ＝１２５０ＭＨｚ）
【図８】導波器４が導電性シート金属を含む場合の本発明に係るアンテナ構造１を図１と同様に表す空間表示である。本例では、衛星受信アンテナ２と導波器４との機構支持体として車両の外皮上に位置する接地板３ａがシート金属表面３ａとして示されている。導波器４は、回転中心として接地接続を形成して接地点８ともなる接続ウェブ２６以外が、シート金属表面３ａから切り離され、このシート金属表面から曲げ角度（bend angle）１０だけ折り曲げられている。
【図９】自動車７の導電性外皮上の衛星受信アンテナ２のための、車両技術面から好ましい構築スペースＢｒ１〜Ｂｒ７を表している。Ｂｒ０と印された車両屋根１６の中心位置はアンテナ技術面からは好ましいはずだが、車両技術面からは一般に敬遠される可能性がある。全方位性の特性を持つ衛星受信アンテナ２の放射パターンについて側方屋根縁端１７、前方屋根縁端１８ａ、後方屋根縁端１８では不利な影響があることが知られており、車両技術面から許容される構築スペースＢｒ１〜Ｂｒ６は全て車両屋根１７の周縁領域に位置している。リヤカバー１９上の構築スペース、例えばＢｒ７は、上方の車両構造が放射を遮ってしまうという影響があるため、あまり適していない。
【図１０】ＧＮＳＳアプリケーション用の指示寸法をした本発明に係るアンテナ構造１を、例えば図９の構築スペースＢｒ２に取り付けた様子を表している。後方屋根縁端１８と実質的に平行に延在する導波器４があるため、全方位性を制約する後方屋根縁端１８と車両屋根１６の湾曲とがもたらす影響は、本発明に従い小さな仰角での放射のために進行方向におけるアンテナ利得を増加させることによりかなり軽減される。例えば周波数約２．３ＧＨｚの衛星無線信号を受信するために構築スペースＢｒ６に横方向に取り付けられた衛星受信アンテナ２３は、非常に好都合なことに、本発明に係るアンテナ構造１によってその放射特性が低下することはほぼない。右向き矢印は進行方向を示している。
【図１１】小さな仰角での全方位性のためにアンテナ利得を増加させることを目的として導波器４が方位角方向全体にわたって配置されている状態で、図１０と同様に衛星受信アンテナ２を構築スペースＢｒ２に取り付け、受信アンテナ２３を構築スペースＢｒ６に取り付けた様子を表している。衛星受信アンテナ２３の放射特性は、導波器高さｈｄと曲げ角度１０とが適切に選択された本発明に係るアンテナ構造の存在によって低下することはほぼない。
【図１２】円筒外装に沿う線分として複数の導波器４が互いに密に隣接するように配置され、当該導波器４は、衛星受信アンテナ２を囲って環状に配置される、本発明に係るアンテナ構造１を表している。長尺の水平導体５同士の隣接する導体端部１１は、互いに容量結合している。図８と同様に、導波器４は、接地板３ａのシート金属表面からシート金属の帯板９として切り取られ、９０°の曲げ角度１０で折り曲げられている。長尺の電気導体５の導体端部１１は、夫々のシート金属ラグ１２が形成され、隣り合う導波器４の互いに平行に位置するラグ表面によって容量結合が生じるように、角ばった形状とされ、中心Ｚに対して径方向外側に折り曲げられている。
【図１３】スペースの要件を減らすため、シート金属ラグ１２は、容量結合を生じるように中心Ｚに対して放射状に内側に向かって折り曲げられている点が異なる本発明に係るアンテナ構造１を図１２と同様に表している。
【図１４ａ】金属シートからひとまとまりに切り取り成形されたシート金属リング２５として、衛星受信アンテナ２を囲う導波器４の設計を図１３と同様に表している。このようにして作成された垂直導体６下端の接続ウェブ２６は、シート金属リング２５を接地板３ａ上に据え、それらが電気的に接続されることにより接地点８を形成する。垂直方向矢印は、シート金属リング２５が接地板３ａに据えられる方向を示している。衛星アンテナ２は、図示されていない。
【図１４ｂ】例えば構築スペースＢｒ２において、図１４ａのように衛星受信アンテナ２を中として、シート金属リング２５が接地板３ａ上に据えられ、それに対して接地点８において電気的導電接続された本発明に係るアンテナ構造１を表す。図１０および図１１と同様にさらに衛星受信アンテナ２３が構築スペース６に取り付けられている。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明は、導電性ベース面３より上に位置し、自由空間波長λに対する相対アンテナ高さｈａ／λが０．１５未満である円偏波衛星受信アンテナ２から始まる。ここで問題となる性質として、仰角が小さいほど放射利得が急速に減少するが、これはアンテナの高さｈａがこのように極めて低いことに関連している。これは、交差偏波間隔がよりいっそう減少することにも関連している。この影響は、導波器４があることよって大幅に軽減されるため、車両７の導電性外皮上の既定義の構築嵩の衛星受信アンテナ２は、衛星ナビゲーションを利用して必要条件を満たす位置測定を行うために用いることもできる。この点において、２０°から５°に至るまでの小さな仰角で入射する衛星受信信号をナビゲーション用に評価する必要がある。導電性ベース面３より上のこのような小型衛星受信アンテナ２の所望の偏波方向において、上記のような小さな仰角においてアンテナ利得が急激に減少するのは、放射電磁界の水平成分が弱いことに基づいている。この弱さは、衛星受信アンテナ２の周りに導波器４を用いることにより本発明に従って改善され、小さな仰角におけるアンテナ利得を増加させることができる。
【００３１】
導波器は、垂直導体５と２つの垂直導体６を含むアーチまたは（Ｕ字形の）ゲート（図１参照）をベース面に対して形成している。
【００３２】
理にかなった観察により、図１の本発明に係るアンテナ構造１の空間表示と図１ａおよび図２の平面図を参照しつつ近似された方法で導波器４の動作態様を説明することができる。この点において、衛星受信アンテナ２が方位角方向でほぼ完全に導波器４によって囲われると、全方位性のアンテナ利得における所望の増加が得られる。円偏波用に構成された衛星受信アンテナ２は、電流が流れると導波器４の電気導体を励起する。水平電気導体５の各導体端部１１は、接地点８において垂直導体６を介して導電性ベース面３に接続されている。そのため、電気的に励起された導波器４に、特に水平電気導体５にも二次電流が形成され、導波器長さが０．２＜Ｌｄ／λ＜０．４５の範囲内で、導波器高さが０．０３＜ｈｄ／λ＜０．１５の範囲内で、アンテナ構造の中心Ｚからの導波器４の間隔を決める円筒半径が０．１５＜ｒｚ／λ＜０．５の範囲内で、夫々適切に選択されていると、放射電磁界が発生する。この放射電磁界は、アンテナ利得の所望の増加が小さな仰角において特に得られるように、衛星受信アンテナ２の放射電磁界に重ね合わされる。自由空間波長λの半分未満である導波器長さＬｄは特に効果的であり、すなわち、導波器４の固有共振周波数は、衛星受信周波数ｆよりやや低くなるように選択される。導波器４の固有共振周波からの衛星周波数ｆの差はできるだけ小さくなるように選択されているが、この差分がそれに伴う導波器４の電流増加をもたらし、さらにその結果、円筒半径ｒｚが適切に設定されていることと相まって、達成すべき目的という意味で衛星受信アンテナ２の放射電磁界との位相合わせにおいて、導波器の放射電磁界が建設的に重なる。導電性ベース面３より上で導波器高さｈｄより下の各水平導電性導体５は、垂直導体６を介して両方の導体端部１１で終わる電路を形成し、導体幅２６またはシート金属帯板の幅２１と水平電気導体５の導電性ベース面３からの導体間隔２８とから求められる波抵抗ＺＬを有する。例えばワイヤからなる導波器４の設計にあたり、例えば蛇行シフトを利用しながら水平電気導体５の継続中の静電容量と継続中のインダクタンスとを設定することにより、波抵抗ＺＬを広い範囲で変動させることができる。導波器４の中心Ｚからの間隔ｒｚを微調整し、垂直導体６の固有インダクタンスに加え、適切な波抵抗ＺＬを選択することにより、アンテナ構造１の放射パターンを本発明の目的という意味において最適化することができる。
【００３３】
垂直区画と水平区画の形で表した本発明に係るアンテナ構造１の放射パターン測定結果が図３〜図７に例として示されており、導電性ベース面３より上に位置し、本発明に係る導波器４を有しない衛星アンテナ２についての対応する測定結果と比較されている。図面の説明の記載に関連して、仰角が小さい領域で得られた改善が詳しく示されている。
【００３４】
製造コストと実現容易性が自動車建造における利用において不可欠である。本発明の有利な実施形態において、図８に示すように、車両７の外皮上に位置する接地板３ａは、衛星受信アンテナ２と導波器４との機構支持体として設計され、シート金属から作成される。シート金属から複数の導波器４を切り出し、それらをシート金属から曲げ角度１０だけ折り曲げるという本発明に従い、特別なメリットとして実現性がもたらされる。この目的に必要な切り出しと折り曲げの加工は、非常に再現精度よく大量生産で極めて安価に行うことができる。
【００３５】
車両技術面から、車両屋根の周縁ゾーンにおける構築スペースすなわち図９のＢｒ１〜Ｂｒ６は、衛星受信アンテナ２の取り付けに主に利用可能である。方位角において不規則である既述の環境ゆえ、方位角指向性パターンと交差偏波は著しく損なわれる。同様に、ナビゲーション結果を悪化させるアンテナ構造１の位相中心ＰＺのずれは、入射する衛星受信信号の空間角度への依存に繋がる。
【００３６】
特に水平指向性の不規則な変化は、導波器４を目標の位置に配置することによって仰角２０°付近ですでに打ち消し可能である。本発明に係るこの対策は、導電性ベース面３がリヤガラス１５の上縁における後方屋根縁端１８で突如途切れることとそこで車両屋根１６が往々にして湾曲していることとにより衛星受信アンテナ２の放射特性が大きく損なわれる傾向にある車両屋根１６にあって、車両技術面から好ましい構築スペースＢｒ１、Ｂｒ２、Ｂｒ６を選択するうえで特に役立つ。
【００３７】
衛星ナビゲーションおよび衛星無線のための衛星無線サービスの数が増加するにつれ、構築スペースがより近接し、電磁結合によって放射特性が損なわれる。既述の図１０の例では、ＧＮＳＳ用衛星受信アンテナ２は、対向するように配設された２つの導波器４とともに本発明に係る配置で構築スペースＢｒ２に取り付けられ、約２．３ＧＨｚの無線受信用衛星受信アンテナ２３は、構築スペースＢｒ６に取り付けられている。本例において両アンテナは、ループアンテナ１３として設計されている。ここで、本発明に係る導波器４の存在によって衛星無線受信アンテナ２３の放射特性についての厳しい要求は弱まらないことが非常に有利に示されている。導波器４の固有共振周波数と衛星無線の周波数との間隔が大きいため、衛星無線アンテナ２３が導波器４に生じさせる二次電流は十分に小さく、それが衛星無線アンテナ２３の放射特性に与える影響は無視できる。この影響は、ＧＮＳＳ用衛星受信アンテナ２が導波器４によって完全に囲われているときに図１１の衛星無線アンテナ２３の放射特性の乱れがより少なくなるという形で顕著である。
【００３８】
図１１と同様に、図１２の衛星受信アンテナ２は、導波器４によって完全に囲われているが、本発明のより有利な実施形態において図１１と比べると、導波器４が次々と密に、すなわち円筒外装ＺＭに沿って近い間隔で配置されている。長尺の水平電気導体５同士の隣接する導体端部１１は、互いに容量結合している。この結合とともに、小さな仰角での交差偏波間隔と位相中心の方位角独立性とがさらに向上する。これは、隣接する導体端部１１間に垂直電気導体６を介して生じる電圧差の容量性バイパスから取り入れられた水平電気導体５の二次電流を伴うさらに別の構成に起因している。方位角によって変動する衛星受信アンテナ２の電流の位相が、導波器４毎に位相が異なる二次電流を励起させる。この二次電流は、互いに隣接する垂直電気導体６の誘起効果に対して異なる電圧を発生させ、その電圧差が容量結合を介して交差偏波間隔の向上について所望の効果をもたらす。
【００３９】
図１１に関連して既述のとおり、導波器４は、短尺の接続ウェブ２６以外がシート金属状の接地板３ａから切り離されており、折り曲げライン２４に沿ってシート金属状の接地板３ａから曲げ角度１０が９０°に選択された状態で折り曲げられている。容量結合を強めるため、長尺の電気導体５の導体端部１１は、夫々のシート金属ラグ１２が形成されるように、面的に、かつ角ばった形状に形成されている。シート金属ラグ１２は、隣り合う２つのシート金属ラグ１２間の領域が互いにほぼ平行になるように、中心Ｚに対して径方向外側に向かって折り曲げられており、これにより容量結合を強めることができる。本発明に係るアンテナ構造１について示された実施態様は一見複雑に見えるが、打ち抜きと折り曲げの技術により大量生産で極めて安価に製造することができる。アンテナ構造１の横方向の広がりを減らすため、図１３から分かるように、図１２に表されたシート金属ラグ１２を中心Ｚに対して径方向内側に向かって折り曲げてもよい。
【００４０】
本発明のより有利な実施形態において、図１４ａの導波器は、環状に連続して組付けられ、シート金属からなる機構上ひとまとまりのリングを形成している。それらは、短尺の接続ウェブ２６を介して互いに接続されている。シート金属から製造されたこのリングを垂直方向矢印が示すように接地板３ａ上に取り付け、図１４ｂから分かるように接続ウェブ２６を接地面３に位置する接地点８に電気的導電接続するようになっている。
【符号の説明】
【００４１】
１        アンテナ構造（antenna arrangement）
２        衛星受信アンテナ（satellite reception antenna）
３        導電性ベース面（electrically conductive base surface）
３ａ      接地板（ground plate）
４        導波器（director）
５        水平電気導体（horizontal electrical conductor）
６        垂直導体（vertical conductor）
７        車両の外皮（outer skin of a vehicle）
８        接地点（ground points）
９        シート金属の細長い一片（sheet metal strip）
１０      曲げ角度（bend angle）
１１      導体端部（conductor ends）
１２      シート金属ラグ（sheet metal lug）
１３      ループアンテナ（loop antenna）
１４      パッチアンテナ（patch antenna）
１５      リヤガラス（rear window pane）
１６      車両屋根（vehicle roof）
１７      側方屋根縁端（lateral roof edge）
１８      後方屋根縁端（rear roof edge）
１８ａ    前方屋根縁端（front roof edge）
１９      リヤカバー（rear cover）
２０      フロントカバー（front cover）
２１      シート金属の細長い一片の幅（sheet metal strip width）
２２      切断線（section lines）
２３      追加的な衛星受信アンテナ（further satellite reception antenna）
２４      折り曲げライン（bend line）
２５      シート金属リング（sheet metal ring）
２６      接続ウェブ（connection webs）
２７      導体幅（conductor width）
２８      線間距離（conductor spacing）
λ        自由空間波長（free space wavelength）
ｈａ      アンテナ高さ（antenna height）
ＰＺ      位相中心（phase center）
ｒａ      アンテナ半径（antenna radius）
ｒｚ      円筒半径（cylinder radius）
Ｚ        中心軸（central axis）
Ｌｄ      導波器長（director length）
ｈｄ      導波器高さ（director height）
Ｋ        円（circle）
Ｍｚ      円筒ジャケット（cylinder jacket）
Ｂｒ１-Ｂｒ７    構築スペース（construction space）
ＺＬ      波抵抗（wave resistance）
【図１】
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【図１ａ】
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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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４ａ】
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【図１４ｂ】
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【外国語明細書】
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【図１】
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【図１ａ】
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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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４ａ】
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【図１４ｂ】
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