(57)【要約】【課題】  小型のアンテナ素子を提供すること。【解決手段】  アンテナ素子１０は、天面１２ｕ、底面１２ｄ、傾斜面１２ｓを持つ誘電体基板１２と、誘電体基板の天面に形成された第１のアンテナ放射電極１４−１と、誘電体基板の傾斜面に形成された第２のアンテナ放射電極１４−２と、誘電体基板の底面に形成された接地電極１６と、一端が第１の給電点１５−１で第１のアンテナ放射電極と接続され、他端が誘電体基板の底面側へ導出される第１の給電ピン１８−１と、一端が第２の給電点１５−２で第２のアンテナ放射電極と接続され、他端が誘電体基板の底面側へ導出される第２の給電ピン１８−２と、を有する。第１のアンテナ放射電極と接地電極と第１の給電ピンとの組合せが第１のアンテナ部１０−１として動作し、第２のアンテナ放射電極と接地電極と第２の給電ピンとの組合せが第２のアンテナ部１０−２として動作する。【選択図】      図２
2008306466.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる第１および第２の電波を受信するアンテナ素子であって、
互いに対向する天面および底面と、前記天面から前方へ斜め下方へ延在する傾斜面とを持つ誘電体基板であって、第１の給電点で前記天面から前記底面へ貫通する第１の基板貫通孔が穿設されると共に、第２の給電点で前記傾斜面から前記底面へ貫通する第２の基板貫通孔が穿設される、前記誘電体基板と、
導電膜からなり、前記誘電体基板の前記天面に形成された第１のアンテナ放射電極と、
導電膜からなり、前記誘電体基板の前記傾斜面に形成された第２のアンテナ放射電極と、
導電膜からなり、前記誘電体基板の前記底面に形成された接地電極であって、前記第１の基板貫通孔と実質的に同心であって、かつ前記第１の基板貫通孔の直径よりも大きい径の第１の接地貫通孔と、前記第２の基板貫通孔と実質的に同心であって、かつ前記第２の基板貫通孔の直径よりも大きい径の第２の接地貫通孔とを持つ、前記接地電極と、
一端が前記第１の給電点で前記第１のアンテナ放射電極と接続され、他端が前記第１の基板貫通孔および前記第１の接地貫通孔を介して前記誘電体基板の底面側へ導出される第１の給電ピンと、
一端が前記第２の給電点で前記第２のアンテナ放射電極と接続され、他端が前記第２の基板貫通孔および前記第２の接地貫通孔を介して前記誘電体基板の底面側へ導出される第２の給電ピンと、を有し、
前記第１のアンテナ放射電極と前記接地電極と前記第１の給電ピンとの組合せが、前記第１の電波を受信する第１のアンテナ部として動作し、前記第２のアンテナ放射電極と前記接地電極と前記第２の給電ピンとの組合せが、前記第２の電波を受信する第２のアンテナ部として動作することを特徴とするアンテナ素子。
【請求項２】
前記誘電体基板はセラミックス材料から成る、請求項１に記載のアンテナ素子。
【請求項３】
前記第１及び前記第２のアンテナ放射電極は銀パターン印刷によって形成される、請求項１又は２に記載のアンテナ素子。
【請求項４】
前記第１のアンテナ放射電極はほぼ円形状をしており、前記第２のアンテナ放射電極はほぼ正方形状をしている、請求項１乃至３のいずれか１つに記載のアンテナ素子。
【請求項５】
前記第１のアンテナ部は前記第１の電波としてＧＰＳ信号を受信するＧＰＳ用アンテナ部から成り、
前記第２のアンテナ部は前記第２の電波としてＥＴＣ信号を受信するＥＴＣ用アンテナ部から成る、請求項１乃至４のいずれか１つに記載のアンテナ素子。
【請求項６】
請求項１に記載のアンテナ素子と、
前記第１及び前記第２の電波をそれぞれ処理して、第１及び第２の処理した信号を出力する第１及び第２の処理回路を有する回路基板と、
前記第１の処理した信号と前記第２の処理した信号とを出力する出力手段と、
を備えるアンテナ装置。
【請求項７】
前記第１のアンテナ部は前記第１の電波としてＧＰＳ信号を受信するＧＰＳ用アンテナ部から成り、
前記第２のアンテナ部は前記第２の電波としてＥＴＣ信号を受信するＥＴＣ用アンテナ部から成り、
前記第１の処理回路は、前記ＧＰＳ信号を増幅するための低雑音増幅回路から成り、
前記第２の処理回路は、前記ＥＴＣ信号を高周波処理するためのＲＦフロントエンド回路から成る、請求項６に記載のアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナ素子及びアンテナ装置に関し、特に、２種類の電波を受信する複合アンテナ素子およびそれを用いた複合アンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この技術分野において周知のように、現在、車両には種々のアンテナが搭載される。例えば、そのようなアンテナとしては、ＧＰＳ（全地球測位システム）用アンテナやＥＴＣ（自動料金収受システム）用アンテナ等がある。
【０００３】
ＧＰＳ（Global Positioning System）は、人工衛星を用いた衛星測位システムである。ＧＰＳは、地球を周回している２４個の人工衛星のうちの４個以上の人工衛星からの電波（ＧＰＳ信号）を受信し、この受信した電波から移動体と人工衛星との位置関係および時間誤差を測定して三角測量の原理に基づいて、移動体の地図上における位置や高度を高精度で算出することを可能としたものである。
【０００４】
ＧＰＳは、近年では、走行する自動車の位置を検出するカーナビゲーションシステム等に利用され、広く普及している。カーナビゲーション装置は、このＧＰＳ信号を受信するためのＧＰＳ用アンテナと、このＧＰＳ用アンテナが受信したＧＰＳ信号を処理して車両の現在位置を検出する処理装置と、この処理装置で検出された位置を地図上に表示するための表示装置等から構成される。ＧＰＳ用アンテナとしては、パッチアンテナのような平面アンテナが使用される。
【０００５】
一方、ＥＴＣ（Electronic toll Collection）は、高速道路等の有料道路の通行料を支払うための料金所における渋滞を緩和するための方策として開発されたシステムである。すなわち、ＥＴＣとは、高速道路料金所において、無線通信を利用して自動的に通行料金の支払いを行うシステムである。ＥＴＣでは、料金所に設置されているゲートに設けられた路側アンテナと、ＥＴＣ用アンテナを有する車載通信機器を搭載した通行車両との間で双方向通信を行い、通行車両の車両情報等を取得し、通行車両を停止させることなく高速道路通行料金の支払い業務を行うことを可能としたものである。
【０００６】
従来、ＧＰＳ用アンテナとＥＴＣ用アンテナとを併設した複合アンテナ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示されたアンテナ装置は、ＧＰＳ信号を受信するＧＰＳ用アンテナ素子と、ＥＴＣ信号を受信するＥＴＣ用アンテナ素子と、ＧＰＳ信号およびＥＴＣ信号を処理する処理回路を有する回路基板と、処理されたＧＰＳ信号と処理されたＥＴＣ信号とを出力する出力ケーブルとを備えている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１１１３７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した特許文献１に開示されているように、ＧＰＳ信号とＥＴＣ信号とを受信する複合アンテナ装置は、ＧＰＳ用アンテナ素子とＥＴＣ用アンテナ素子とから成る、２つのアンテナ素子を併設して構成される。その為、アンテナ装置が大型になってしまうという問題がある。
【０００９】
したがって、本発明の課題は、２種類の電波を受信することができる、小型のアンテナ素子およびそれを備えたアンテナ装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の課題は、２種類の電波としてＧＰＳ信号とＥＴＣ信号とを受信することができる、小型のアンテナ素子およびそれを備えた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】
【００１１】
本発明の第１の態様によれば、互いに異なる第１および第２の電波を受信するアンテナ素子（１０）であって、互いに対向する天面（１２ｕ）および底面（１２ｄ）と、前記天面から前方へ斜め下方へ延在する傾斜面（１２ｓ）とを持つ誘電体基板（１２）であって、第１の給電点（１５−１）で前記天面から前記底面へ貫通する第１の基板貫通孔（１２−１）が穿設されると共に、第２の給電点（１５−２）で前記傾斜面から前記底面へ貫通する第２の基板貫通孔（１２−２）が穿設される、前記誘電体基板（１２）と、導電膜からなり、前記誘電体基板の前記天面に形成された第１のアンテナ放射電極（１４−１）と、導電膜からなり、前記誘電体基板の前記傾斜面に形成された第２のアンテナ放射電極（１４−２）と、導電膜からなり、前記誘電体基板の前記底面に形成された接地電極（１６）であって、前記第１の基板貫通孔と実質的に同心であって、かつ前記第１の基板貫通孔の直径よりも大きい径の第１の接地貫通孔（１６−１）と、前記第２の基板貫通孔と実質的に同心であって、かつ前記第２の基板貫通孔の直径よりも大きい径の第２の接地貫通孔（１６−２）とを持つ、前記接地電極（１６）と、一端（１８−１ａ）が前記第１の給電点で前記第１のアンテナ放射電極と接続され、他端（１８−１ｂ）が前記第１の基板貫通孔および前記第１の接地貫通孔を介して前記誘電体基板の底面側へ導出される第１の給電ピン（１８−１）と、一端（１８−２ａ）が前記第２の給電点で前記第２のアンテナ放射電極と接続され、他端（１８−２ｂ）が前記第２の基板貫通孔および前記第２の接地貫通孔を介して前記誘電体基板の底面側へ導出される第２の給電ピン（１８−２）と、を有し、前記第１のアンテナ放射電極と前記接地電極と前記第１の給電ピンとの組合せが、前記第１の電波を受信する第１のアンテナ部（１０−１）として動作し、前記第２のアンテナ放射電極と前記接地電極と前記第２の給電ピンとの組合せが、前記第２の電波を受信する第２のアンテナ部（１０−２）として動作することを特徴とするアンテナ素子（１０）が得られる。
【００１２】
上記本発明の第１の態様によるアンテナ素子（１０）において、前記誘電体基板（１２）は、例えば、セラミックス材料から構成されてよい。前記第１及び前記第２のアンテナ放射電極は銀パターン印刷によって形成されてよい。前記第１のアンテナ放射電極（１４−１）はほぼ円形状をしていてよく、前記第２のアンテナ放射電極（１２−２）はほぼ正方形状をしてよい。前記第１のアンテナ部（１０−１）は前記第１の電波としてＧＰＳ信号を受信するＧＰＳ用アンテナ部から成ってよく、前記第２のアンテナ部（１０−２）は前記第２の電波としてＥＴＣ信号を受信するＥＴＣ用アンテナ部から成ってよい。
【００１３】
本発明の第２の態様によれば、上記アンテナ素子（１０）と、前記第１及び前記第２の電波をそれぞれ処理して、第１及び第２の処理した信号を出力する第１及び第２の処理回路（２２１，２２２）を有する回路基板（２２）と、前記第１の処理した信号と前記第２の処理した信号とを出力する出力手段（２３）と、を備えるアンテナ装置（２０）が得られる。
【００１４】
上記本発明の第２の態様によるアンテナ装置（２０）において、前記第１のアンテナ部（１０−１）は前記第１の電波としてＧＰＳ信号を受信するＧＰＳ用アンテナ部から成り、前記第２のアンテナ部（１０−２）は前記第２の電波としてＥＴＣ信号を受信するＥＴＣ用アンテナ部から成ってよい。この場合、前記第１の処理回路（２２１）は、前記ＧＰＳ信号を増幅するための低雑音増幅回路から成り、前記第２の処理回路（２２２）は、前記ＥＴＣ信号を高周波処理するためのＲＦフロントエンド回路から成る。
【００１５】
尚、上記括弧内の符号は、本発明の理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、これらに限定されないのは勿論である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明では、１つの誘電体基板に、第１の電波を受信する第１のアンテナ部と第２の電波を受信する第２のアンテナ部とを一体に形成したので、小型のアンテナ素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１８】
図１及び図２を参照して、本発明の一実施の形態に係るアンテナ素子（パッチアンテナ）１０について説明する。図１はアンテナ素子（パッチアンテナ）１０を示す斜視図である。図２は図１に示したアンテナ素子（パッチアンテナ）１０の側断面図である。図１及び図２において、前後（奥行き）方向をＸ軸方向で表し、左右方向（幅方向）をＹ軸方向で表し、上下方向（高さ方向、厚み方向）をＺ軸方向で表している。
【００１９】
図示のアンテナ素子（パッチアンテナ）１０は、互いに異なる第１および第２の電波を受信するアンテナ素子である。アンテナ素子（パッチアンテナ）１０は、略直方体形状の誘電体基板１２と、第１及び第２のアンテナ放射電極（放射素子）１４−１、１４−２と、接地電極（接地導体）１６と、棒状の第１及び第２の給電ピン１８−１、１８−２とから構成されている。
【００２０】
誘電体基板１２は、たとえばチタン酸バリウムなどからなる高誘電率（たとえば、比誘電率εｒが２０）のセラミックス材料が用いられる。誘電体基板１２は、上下方向Ｚにおいて互いに対向する天面（上面）１２ｕおよび底面（下面）１２ｄと、前後方向Ｘにおいて互いに対向する前面１２ｆおよび後面１２ｒとを持つ。また、誘電体基板１２は、天面１２ｕから前方へ斜め下方へ延在する傾斜面１２ｓを持つ。誘電体基板１２には、第１の給電点１５−１の設置位置で、天面１２ｕから底面１２ｄへ貫通する第１の基板貫通孔１２−１が穿設され、第２の給電点１５−２で、傾斜面１２ｓから底面１２ｄへ貫通する第２の基板貫通孔１２−２が穿設されている。
【００２１】
なお、図示の例では、第２の基板貫通孔１２−２は、底面１２ｄに対して垂直方向へ延在（貫通）しているが、傾斜面１２ｓに対して垂直方向へ延在（貫通）しても良い。
【００２２】
誘電体基板１２の寸法は、前後方向Ｘの長さＬ１が２０ｍｍで、左右方向Ｙの幅Ｗが２０ｍｍで、上下方向Ｚの高さＨ１が４ｍｍである。傾斜面１２ｓの部分における前後方向Ｘの長さＬ２は６ｍｍである。前面１２ｆにおける高さＨ２は１ｍｍである。すなわち、天面１２ｕの寸法は、前後方向Ｘの長さが２０ｍｍで、左右方向Ｙの幅Ｗは２０ｍｍである。
【００２３】
第１のアンテナ放射電極１４−１は、導電膜からなり、誘電体基板１２の天面１２ｕ上に形成されている。第１のアンテナ放射電極１４−１は、ほぼ円形状をしている。第１のアンテナ放射電極１４−１は、例えば、銀パターン印刷によって形成される。第１のアンテナ放射電極１４−１の直径は１４ｍｍである。
【００２４】
第２のアンテナ放射電極１４−２も、導電膜からなり、誘電体基板１２の傾斜面１２ｓ上に形成されている。第２のアンテナ放射電極１４−２は、ほぼ正方形状をしている。第２のアンテナ放射電極１４−２は、例えば、銀パターン印刷によって形成される。第２のアンテナ放射電極１４−２の寸法は、５ｍｍ×５ｍｍである。
【００２５】
接地電極１６は、導電膜からなり、誘電体基板１２の底面１２ｄに形成されている。この接地電極１６は、第１の基板貫通孔１２−１とほぼ同心で、且つ第１の基板貫通孔１２−１の直径よりも大きい直径の第１の接地貫通孔１６−１を持つ。また、接地導体１６は、第２の基板貫通孔１２−２とほぼ同心で、且つ第２の基板貫通孔１２−２の直径よりも大きい直径の第２の接地貫通孔１６−２を持つ。
【００２６】
第１のアンテナ放射電極１２−１の中心からＸ軸方向およびＹ軸方向に変位した位置に上記第１の給電点１５−１が設けられる。この第１の給電点１５−１に第１の給電ピン１８−１の一端１８−１ａが接続される。第１の給電ピン１５−１の他端１８−１ｂは、第１の基板貫通孔１２−１および第１の接地貫通孔１６−１を経て、接地電極１６と離間して下側へ導出されている。ここで、第１の給電点１５−１としては半田が用いられる。その為、この第１の給電点１５−１は、第１のアンテナ放射電極１４−１の主表面から上方へ盛り上がった凸形状をしている。
【００２７】
第２のアンテナ放射電極１２−２の中心からＸ軸方向およびＹ軸方向に変位した位置に上記第２の給電点１５−２が設けられる。この第２の給電点１５−２に第２の給電ピン１８−２の一端１８−２ａが接続される。第２の給電ピン１５−２の他端１８−２ｂは、第２の基板貫通孔１２−２および第２の接地貫通孔１６−２を経て、接地電極１６と離間して下側へ導出される。第２の給電点１５−２としても半田が用いられる。その為、この第２の給電点１５−２は、第２のアンテナ放射電極１４−２の主表面から斜め上方へ盛り上がった凸形状をしている。
【００２８】
このような構成のアンテナ素子１０において、第１のアンテナ放射電極１４−１と接地電極１６と第１の給電ピン１８−１との組合せが、第１の電波を受信する第１のアンテナ部１０−１として動作し、第２のアンテナ放射電極１４−２と接地電極１６と第２の給電ピン１８−２との組合せが、第２の電波を受信する第２のアンテナ部１０−２として動作する。図示の例では、第１のアンテナ部１０−１は第１の電波としてＧＰＳ信号を受信するＧＰＳ用アンテナ部から成り、第２のアンテナ部１０−２は第２の電波としてＥＴＣ信号を受信するＥＴＣ用アンテナ部からなる。したがって、ＥＴＣ用アンテナ部１０−２は、ＧＰＳ用アンテナ部１０−１に対して所定角度傾斜して配置される。
【００２９】
このような構成のアンテナ素子１０は、誘電体基板１２の前面１２ｆが前方となるように、車両内部のダッシュボード上に取り付けられる。すなわち、第２のアンテナ部（ＥＴＣ用アンテナ部）１０−２の第２のアンテナ放射電極１４−２をフロントガラス側に向けた状態で、アンテナ素子１０は車両内部のダッシュボード上に取り付けられる。これにより、ＥＴＣ用アンテナ部１０−２は、高速道路の料金所に設置されているゲートに設けられた路側アンテナと効率よく送受信することが可能となる。また、ＥＴＣ用アンテナ部１０−２の送受信面（第２のアンテナ放射電極）１４−２は、ＧＰＳ用アンテナ部１０−１の受信面（第１のアンテナ放射電極）１４−１よりも低い位置に配置されている。これにより、ＥＴＣ用アンテナ部１０−２がＧＰＳ用アンテナ部１０−１の受信の障害とならない。すなわち、ＧＰＳ用アンテナ部１０−１は、ＧＰＳ信号の受信範囲を確保できるので、ＧＰＳ信号の受信感度が低減することはない。
【００３０】
このようなアンテナ素子（パッチアンテナ）１０は、１つの誘電体基板１２に第１のアンテナ部（ＧＰＳ用アンテナ部）１０−１と第２のアンテナ部（ＥＴＣ用アンテナ部）１０−２とを一体に形成したので、特許文献１に開示されている複合アンテナ装置のように、ＧＰＳ用アンテナ素子とＥＴＣ用アンテナ素子とを併設したものと比較して、小型にすることができる。
【００３１】
図３は、図１及び図２に示したアンテナ素子１０を使用したアンテナ装置２０の側面図である。
【００３２】
アンテナ装置２０は、アンテナ素子１０（誘電体基板１２）の底面１２ｄに設けられた回路基板２２と、出力ケーブル（出力手段）２３とを備える。回路基板２２は、その底面２２ｄに、第１の電波を処理して第１の処理した信号を出力する第１の処理回路２２１と、第２の電波を処理して第２の処理した信号を出力する第２の処理回路２２２とを有する。出力ケーブル２３は、第１の処理した信号と第２の処理した信号とを出力する。すなわち、第１および第２の処理した信号は、出力ケーブル２３を介して、図示しない所定の処理機器に供給される。第１および第２の処理回路２２１、２２２は、シールドカバー２４で覆われている。
【００３３】
前述したように、図示の例のアンテナ素子（パッチアンテナ）１０において、第１のアンテナ部１０−１は第１の電波としてＧＰＳ信号を受信するＧＰＳ用アンテナ部から成り、第２のアンテナ部１０−２は第２の電波としてＥＴＣ信号を受信するＥＴＣ用アンテナ部から成る。この場合、第１の処理回路２２１は、ＧＰＳ用アンテナ部１０−１が受信した微弱なＧＰＳ信号を増幅するための低雑音増幅回路（ＬＮＡ：Low Noise Amplifier）から成る。第２の処理回路２２２は、ＥＴＣ用アンテナ部１０−２が受信したＥＴＣ信号を高周波処理するためのＲＦフロントエンド回路から成る。
【００３４】
以上、本発明について好ましい実施の形態によって説明してきたが、本発明は上述した実施の形態に限定しないのは勿論である。例えば、誘電体基板の素材は、セラミックス材料に限らず、樹脂材料から構成されても良い。また、本発明に係るアンテナ素子（パッチアンテナ）は、ＧＰＳ信号とＥＴＣ信号を受信するものに適しているが、デジタルラジオ放送や、その他の無線通信信号を受信するアンテナ素子としても利用可能である。第２の処理回路２２２を省略しても良い。この場合、第２の処理回路２２２を介さずに、第２の給電ピン１８−２とケーブルの中心導体とが電気的に直接接続される。そして、この場合、出力ケーブル２３は、ＥＴＣ信号を伝送するためのケーブルと、ＧＰＳ信号を第１の処理回路２２１で処理した信号を伝送するためのケーブルとの２本からなって良い。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施の形態に係るアンテナ素子（パッチアンテナ）を示す斜視図である。
【図２】図１に示したアンテナ素子の側断面図である。
【図３】図１に示したアンテナ素子を含む、アンテナ装置を示す側面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０    アンテナ素子（パッチアンテナ）
１０−１    第１のアンテナ部（ＧＰＳ用アンテナ部）
１０−２    第２のアンテナ部（ＥＴＣ用アンテナ部）
１２    誘電体基板
１２ｕ    天面（上面）
１２ｄ    底面（下面）
１２ｓ    傾斜面
１２−１    第１の基板貫通孔
１２−２    第２の基板貫通孔
１４−１    第１のアンテナ放射電極
１４−２    第２のアンテナ放射電極
１５−１    第１の給電点
１５−２    第２の給電点
１６    接地電極
１６−１    第１の接地貫通孔
１６−２    第２の接地貫通孔
１８−１    第１の給電ピン
１８−２    第２の給電ピン
２０    アンテナ装置
２２    回路基板
２２１    第１の処理回路（低雑音増幅回路）
２２２    第２の処理回路（ＲＦフロントエンド回路）
２３      出力ケーブル（出力手段）
２４    シールドケース
【図１】
2008306466.tif 000003
【図２】
2008306466.tif 000004
【図３】
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