(57)【要約】  複数の無線周波数信号を受信するアンテナモジュールは、第２のパッチアンテナ（３）が上方に配置されている第１のパッチアンテナ（２）を有している。第１のパッチアンテナ（２）は、表面に配置されている第１の導電性層（７）で作られているの第１のアンテナ構造（６）を備えている上部表面（５）と導電性材料の第２の層（９）を表面に備えている下部表面（８）とを有している第１の絶縁基板（４）を有している。第２のパッチアンテナ（３）は、表面に配置されている第３の導電性層（１３）で作られている第２のアンテナ構造（１２）を備えている上部表面（１１）と導電性材料の第４の層（１５）を表面に備えている下部表面（１４）とを有している第２の絶縁基板（１０）を有している。第１のアンテナ構造（６）と第２のアンテナ構造（１２）の一方は実質的に円形または楕円形の表面を有し、他方は実質的に多角形の表面を有している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの第２のパッチアンテナ（３）が上方に配置されている少なくとも１つの第１のパッチアンテナ（２）を有する複数の無線周波数信号を扱う多機能アンテナモジュールであって、 
前記少なくとも１つの第１のパッチアンテナ（２）は表面に配置されている第１の導電性層（７）で作られている少なくとも１つの第１のアンテナ構造（６）を備えている上部表面（５）と導電性材料の第２の層（９）を表面に備えている下部表面（８）とを有している第１の絶縁基板（４）を有し、 
前記少なくとも１つの第２のパッチアンテナ（３）は表面に配置されている第３の導電性層（１３）で作られている少なくとも１つの第２のアンテナ構造（１２）を備えている上部表面（１１）と導電性材料の第４の層（１５）を表面に備えている下部表面（１４）とを有している第２の絶縁基板（１０）を有し、 
少なくとも１つの前記第１のアンテナ構造（６）と前記第２のアンテナ構造（１２）の少なくとも一方は実質的に円形または楕円形の表面を有し、前記第１のアンテナ構造（６）と前記第２のアンテナ構造（１２）のそれ以外は実質的に多角形の表面を有していることを特徴とする、 アンテナモジュール。
【請求項２】
前記第２のアンテナ構造（１２）は実質的に円形または楕円形の表面を有し、前記第１のアンテナ構造（６）は実質的に多角形の表面を有していることを特徴とする、請求項１に記載のアンテナモジュール。 
【請求項３】
前記第２の基板（１０）の前記上側表面（１１）と前記下側表面（１４）の各々は、前記第１のアンテナ構造（６）の表面積よりも狭い表面積を有していることを特徴とする、請求項１または２に記載のアンテナモジュール。 
【請求項４】
前記第１のアンテナ構造（６）は前記第１の基板（４）の前記上側表面（５）の表面積にたかだか等しい表面積を有しており、前記第２のアンテナ構造（１２）は前記第２の基板（１０）の前記上側表面（１１）の表面積にたかだか等しい表面積を有していることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のアンテナモジュール。 
【請求項５】
前記第１のパッチアンテナ（２）は前記第１のアンテナ構造（６）から前記第１の基盤（４）を通して延びている少なくとも１つの第１のアンテナコネクタ（１６）を有していることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のアンテナモジュール。 
【請求項６】
前記第２のパッチアンテナ（３）は前記第２のアンテナ構造（１２）から前記第２の基盤（１０）と前記第１のパッチアンテナ（２）とを通して延びている少なくとも１つの第２のアンテナコネクタ（１７）を有していることを特徴とする、請求項５に記載のアンテナモジュール。 
【請求項７】
前記第１のアンテナコネクタ（１６）と前記第２のアンテナコネクタ（１７）とは互いに分離されていることを特徴とする、請求項６に記載のアンテナモジュール。 
【請求項８】
前記第１のアンテナコネクタ（１６）と前記第１のアンテナ構造（６）との間の接続領域は前記第２のパッチアンテナ（３）に覆われていることを特徴とする、請求項５から７のいずれかに記載のアンテナモジュール。 
【請求項９】
導電性材料の前記第２の層（９）と前記第４の層（１５）とは一致していることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載のアンテナモジュール。 
【請求項１０】
実質的に円形または楕円形の平面形状を有している前記第２のアンテナ構造（１２）の前記円の直径または前記楕円の長軸は、前記アンテナによって扱われる信号の基本周波数に基づいて以下の式によって定められ、
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ここでＸ’０は前記アンテナ構造のベッセル関数の零点であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載のアンテナモジュール。 
【請求項１１】
前記多角形の表面は実質的に正方形の形状であることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載のアンテナモジュール。 
【請求項１２】
前記多角形の表面は実質的に長方形の形状であることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれかに記載のアンテナモジュール。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、乗り物または移動可能な輸送手段用のアンテナの分野において使用され、複数の無線周波数信号を受信するアンテナモジュールに関する。
【０００２】
特に、本発明は、衛星帯域無線周波数信号の受信および／または送信に特に適しているパッチアンテナとしても知られている２つまたは３つ以上のマイクロストリップアンテナを有しているアンテナモジュールを開示している。
【背景技術】
【０００３】
さまざまな周波数帯域において無線周波数信号を受信および／または送信するように構成されている複数のアンテナを使用する周知の需要が特に乗り物において存在している。
【０００４】
特に、これらのアンテナは、ＡＭ、ＦＭ、ＤＡＢ、ＴＶ、ＧＰＳ、ＧＳＭ、ＵＭＴＳ帯域の信号およびその他を受信および／または送信をするように構成することができる。これらのアンテナは、空間要件を最小化し、１つの筐体に納めることができるように、互いに接近して配置されることが多い。
【０００５】
無線周波数信号の具体的な種類は、衛星用途の種類である。これらの信号は１ＧＨｚを超える周波数を有しており、これらの信号を受信するのに最も適しているアンテナは一般的にパッチアンテナである。
【０００６】
これらは、表面に配置されている導電性層で作られているアンテナ構造を備えている上部表面と、導電性材料の他の層を表面に備えている下部表面とを有している絶縁基板を一般に有している。
【０００７】
これらのアンテナは、それを貫通して延びている、「給電部」としても知られている、アンテナコネクタも有している。
【０００８】
パッチアンテナが扱うことのできる信号周波数は、アンテナ構造を形成しており、金属で一般に作られている導電性層の形状と大きさに加えて、絶縁基板の大きさと種類によって実質的に決まる。
【０００９】
しかし、この種類のアンテナは比較的狭い周波数帯域に属している信号に使用するのに適している。
【００１０】
それらの動作に基づいて、パッチアンテナは２つの大きなクラスに分けることができる。
【００１１】
第１のクラスは、導電性層が実質的に多角形、特に正方形または長方形の平面形状を有しているパッチアンテナを含んでいる。この種類のアンテナにおいては、モード、つまり共振周波数は、基本周波数の整数倍である。また、基本周波数は、アンテナ構造の表面を形成している多角形の大きい方のサイズに直接関係している。
【００１２】
特に、アンテナ構造が多角形の表面を有しているパッチアンテナは、共振空洞と開放伝送路の両方として検討することができる。どちらの場合も、アンテナが扱うことのできる信号の基本周波数は、次の周知の式によって求めることができる。 
2011521528.tif 000003
【００１３】
したがって、アンテナが扱うことができる信号の基本波長は、多角形の大きい方の寸法の長さの２倍で基板の絶縁定数に関連する補正項が加わる。さらに、この種類のアンテナは、前述のように、整数高調波、つまり基本周波数の整数倍の周波数を有している全ての信号も受信することができる。
【００１４】
アンテナの第２のクラスにおいて、導電性層は、実質的に円形または楕円形の平面形状を有している。この場合、共振モード、つまり共振周波数は、基本周波数の非整数倍である。
【００１５】
つまり、この種類のパッチアンテナは、共振空洞としてだけ検討することができる。このアンテナが扱うことのできる信号の基本周波数は、次の周知の式によって求めることができる。
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ここで、ｄは円の直径または楕円の長軸であって、Ｘ’０はアンテナ構造についてのベッセル関数の零点である。
【００１６】
したがって、アンテナの基準波長は、パッチアンテナ全体に関連している係数によって、アンテナ構造の直径または長軸に関連している。さらに、これらのアンテナは全ての整数高調波つまり基本周波数の整数倍の周波数を有しているすべての信号を遮断する、つまり扱わず、非整数高調波、つまり基本周波数の非整数倍の周波数を有している信号を扱うように構成されていることがすでに説明されている。
【００１７】
乗り物用途の複数のアンテナに関しては、複数のアンテナが様々な異なる用途のために乗り物のさまざまな位置に取り付けられることが知られている。パッチアンテナが使用される場合、一般に、別個の構成要素が並ぶようにこれらはアンテナモジュールに挿入され、比較的大きな空間が必要である。さらに、個々のアンテナ要素の完全な動作を保証するためには、適切な相互の減結合が必要である。
【００１８】
寸法を小さく目的でパッチアンテナが積層されているアンテナモジュールの多数の実施形態が当該技術分野で実現されている。これらの例は、アンテナ構造が円形の表面を有している積層されているパッチアンテナについて説明している特許文献１と特許文献２に開示されており、アンテナ構造が多角形表面を有している積層されているパッチアンテナが特許文献３で説明されている。
【００１９】
したがって、当該技術では、様々な信号を受信するようにまたは無線周波数信号を受信可能な帯域を広げるために、アンテナ構造が同じ平面形状を有しているパッチアンテナを積層してアンテナモジュールを形成することが知られている。
【００２０】
しかし、これらのアンテナモジュールは基本周波数の整数高調波を扱うことが必要な用途と、そのような高調波の遮断が必要な用途との両方の用途に同時に対応するには適切ではない。
【００２１】
他の例示的な従来技術のモジュールが特許文献４に開示されている。特許文献４は、アンテナ構造がλ／２型の２つの積層されたパッチアンテナについて説明している。この特許文献４は、上側のパッチアンテナ（絶縁基板を有している）の全体の大きさが下側のパッチアンテナの全体の大きさよりも小さく、これによって、下側のパッチアンテナが、少なくとも部分的に露出していることによって、より良いＲＦ信号受信を保証できるようにしていることを特に示唆している。
【００２２】
しかし、２つの用途が同様な周波数に関連している場合、改善された受信の利点が無くなってしまう最小の大きさの差がある。
【００２３】
さらに、このアンテナモジュールは基本周波数の整数高調波を扱うことが必要な用途と、そのような高調波の遮断が必要な用途との両方の用途に同時に対応するには適切ではないという欠点もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２４】
【特許文献１】米国特許明細書第５，１２１，１２７号
【特許文献２】米国特許明細書第４，０８９００３号
【特許文献３】欧州特許出願公開明細書第５２１３８４号
【特許文献４】欧州特許出願公開明細書第１６１９７５２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
本発明の一般的な目的は、有用でコスト効果の高いアンテナモジュールを提供することによって前述の欠点を克服することである。
【００２６】
一般的な目的の中の特定の目的は、基本周波数の整数高調波を扱うことを要求する用途とそのような高調波を遮断する用途の両方に同時に役立つアンテナモジュールを提供することである。
【００２７】
本発明のさらなる目的は、無線周波数信号の改善された受信および／または送信のために、下側のパッチアンテナをできるだけ多く露出できるように、最小化された大きさの上側パッチアンテナによって同じ数の信号周波数を扱うことができるようにするアンテナモジュールを提供することである。
【００２８】
本発明のさらに他の目的は、特に小さくコンパクトなアンテナモジュールを想到することである。
【００２９】
これらのそしてその他の目的は、以降でより良く説明するように、主な請求項に定められているような、乗り物に固定されるように構成されているアンテナモジュールによって実現される。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
特に本モジュールは、少なくとも１つの第２のパッチアンテナが上方に配置されている少なくとも１つの第１のパッチアンテナを有し、前記少なくとも１つの第１のパッチアンテナは、表面に配置されている第１の導電性層で作られている少なくとも１つの第１のアンテナ構造を備えている上部表面と導電性材料の第２の層を表面に備えている下部表面とを有している第１の絶縁基板を有しており、前記少なくとも１つの第２のパッチアンテナは、表面に配置されている第３の導電性層で作られている少なくとも１つの第２のアンテナ構造を備えている上部表面と導電性材料の第４の層を表面に備えている下部表面とを有している第２の絶縁基板を有しており、少なくとも１つの前記第１のアンテナ構造と前記第２のアンテナ構造の少なくとも一方は実質的に円形または楕円形の表面を有し、前記第１のアンテナ構造と前記第２のアンテナ構造のそれ以外は実質的に多角形の表面を有している。
【００３１】
円形または楕円形の表面を備えているアンテナ構造を有している少なくとも１つのパッチアンテナと多角形の表面を備えているアンテナ構造を有している少なくとも１つのパッチアンテナとの組み合わせは、基本周波数の整数高調波を扱うことが必要な用途と、そのような高調波の遮断が必要な用途との両方の用途に対応することができる。
【００３２】
複数のパッチアンテナが重ねられている構成によって、大きさを減少させ、多数の用途に役立つことができることも理解されるであろう。
【００３３】
好ましい実施態様では、第２のアンテナ構造は実質的に円形または楕円形の表面を有し、第１のアンテナ構造は実質的に多角形の表面を有している。
【００３４】
この構成によって、下側のパッチアンテナをできるだけ露出できるように大きさが減少している上側のパッチアンテナを使用して同じ数の信号周波数を扱うことができる。これは、同じ数の信号周波数を扱うことを考えると、円形のアンテナ構造を有しているパッチアンテナは、多角形のアンテナ構造を有している同一のパッチアンテナと比較して、大きさを１６％減少させることが可能なためである。したがって、円形の表面を有しているアンテナ構造を提供することによって、多角形アンテナ構造だけを備えているパッチアンテナを使用する従来技術の実施態様よりも小さい上側パッチアンテナを使用することができる。さらに、多角形の表面を有しているアンテナ構造を提供することによって、円形アンテナ構造だけを備えているパッチアンテナを使用する従来技術の実施態様よりも大きい下側パッチアンテナを使用することができる。
【００３５】
簡単に言えば、そのような構成の実装によって、下側のパッチアンテナと上側のパッチアンテナとの表面の大きさの差を最大にして、下側のパッチアンテナの動作を最適化することができる。
【００３６】
本発明のさらなる特徴と利点とは、添付の図面の助けによって、本発明のアンテナモジュールの２、３の好ましい非限定的な実施形態の詳細な説明を読むことでより明確になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明のアンテナモジュールの透視図である。
【図２】図１のアンテナモジュールの分解図である。
【図３】図１のアンテナモジュールの分解図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
図１を参照すると、乗り物や同様の運搬手段に固定されるように構成されている本発明のアンテナモジュール１を示している。
【００３９】
特に、モジュール１は、上方に第２のパッチアンテナ３が配置されている第１のパッチアンテナ２を有している。本実施形態は、例とすることを意図しており、３つ以上のパッチアンテナが積層されている異なる実施形態を限定することは意図していない。
【００４０】
より詳細には、図２と３も参照すると、第１のパッチアンテナ２は、表面に配置されている第１の導電性層７で作られている第１のアンテナ構造６を備えている上部表面５と導電性材料の第２の層９を表面に備えている下部表面８とを有している第１の絶縁基板４を有している。
【００４１】
同様に、第２のパッチアンテナ３は、表面に配置されている第３の導電性層１３で作られている第２のアンテナ構造１２を備えている上部表面１１と導電性材料の第４の層１５を表面に備えている下部表面１４とを有している第２の絶縁基板１０を有している。
【００４２】
再度述べると、本明細書に図示し、説明している実施形態は、たとえば、各パッチアンテナ用に２つ以上のアンテナ構造が存在している他の実施形態を制限することは意図していない。
【００４３】
本発明の実施形態において、第１のパッチアンテナ２は、第１のアンテナ構造６から第１の基板４を貫通して延びている少なくとも１つの第１のアンテナコネクタ１６を有している。同様に第２のパッチアンテナ３は、第２のアンテナ構造１２から第２の基板１０と第１のパッチアンテナ２の両方を通して延びている少なくとも１つの第２のアンテナコネクタ１７を有している。
【００４４】
他の実施形態を限定することを意図していない本発明の他の態様において、第１のアンテナコネクタ１６と第２のアンテナコネクタ１７とは互いに分離されている。さらに、第１のアンテナコネクタ１６と第１のアンテナ構造６との間の接続が第２のパッチアンテナ３によって覆われている。
【００４５】
本発明によれば、第１のアンテナ構造６と第２のアンテナ構造１２の少なくとも一方は実質的に円形または楕円形の表面を有し、それ以外は実質的に多角形の表面を有している。
【００４６】
この構成は、基本周波数の整数高調波の受信も必要な用途と、そのような高調波を遮断しなければならない用途との両方に役立てることができる。 
【００４７】
本明細書で開示しているアンテナモジュール１は、衛星ＲＦ信号を使用する用途での使用に特に適している。この目的のために、実質的に多角形のアンテナ構造は、λ／２型である。
【００４８】
特に、多角形表面は正方形または長方形であることが好ましいが、これらには限定されない。これらの場合おいて、一方の側の、つまり長い側の長さは、パッチアンテナが取り扱う対象の波長の半波長である。
【００４９】
第１のパッチアンテナ２の動作をさらに改善するために、第２のパッチアンテナ３に属している第２の基板１０の上側表面１１と下側表面１４の各々は、第１のパッチアンテナ２に属している第１のアンテナ構造６よりも表面の広がりが小さいことが便利である。
【００５０】
そのような態様は、実質的に円形または楕円形の平面形状の表面を備えている第２のアンテナ構造１２と、実質的に多角形の平面形状の表面を備えている第１のアンテナ構造６とを設けることによって最適化される。これは、同じ数の信号周波数を扱うことを考えると、実質的に円形の平面形状は、多角形のアンテナ構造を有している同一のパッチアンテナと比較して、大きさを１６％減少させることが可能なためである。
【００５１】
第１のアンテナ構造６に関して、その表面積は、第１の基板４の上側表面５の表面積以下である。同様に、第２のアンテナ構造１２の表面積は、第２の基板１０の上側表面１１の表面積以下である。
【００５２】
本発明の他の態様において、導電性材料の第２の層９と第４の層１５とは一致している。実際に、この局面は、モジュールの現実的な実装にのみ関連しており、積層された両パッチアンテナ２、３の動作には影響を与えない。これは、一般に金属被覆によって得られた２つの導電性層７、１３は互いに分離されているのに対して、アンテナ２、３が扱う信号周波素を考えると、１つの導電性要素とすることができるからである。
【００５３】
そのため、第２の基板１０の下側表面１５または第１の基板の上側表面５のいずれかに一方に金属被覆を設けるか、２つの別個の金属被覆を設けるかは、実装される製造過程にのみ依存している。
【００５４】
実質的に円形または楕円形の平面形状を有している第２のアンテナ構造１２の円の直径または楕円の長軸は、アンテナによって扱われる信号の基本周波数に基づいて前述の式（２）によって定められ、
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Ｘ’０は前記アンテナ構造のベッセル関数の零点である。
【００５５】
このアンテナモジュールは、意図した目的を達成し、特に基本周波数の整数高調波を扱うことが必要な用途と、そのような高調波を遮断することが必要な用途との２つの用途に同時に対応できることが前述の内容から理解される。
【００５６】
アンテナモジュールは、下側のパッチアンテナをできるだけ多く露出できるようして無線周波数信号の受信および／または送信が改善されるように、大きさが減少し最適化されている上側パッチアンテナによって同じ数の信号周波数を扱うことができるようにしていることも理解できる。
【００５７】
また、本モジュールは、コンパクトで、１つの小さい保護筐体内に挿入することができる。 
【００５８】
本発明のアンテナモジュールは、添付の特許請求の範囲で開示している新規の概念の範囲内で、多くの変更と変形が可能である。
【００５９】
それら全ての詳細は、本発明の範囲から逸脱することなく、他の技術的に同等な部品によって置き換えることが可能で、材料はさまざまな要求に依存して変化してもよい。
【００６０】
アンテナモジュールを添付の図面を特に参照して説明したが、本開示と特許請求の範囲とで参照する番号は、本発明をよりわかりやすくするためだけに使用されており、請求の範囲を限定するものでは決してない。 
【図１】
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【図２】
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【図３】
2011521528.tif 000009
【国際調査報告】
2011521528.tif 000010
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