(57)【要約】【課題】円偏波アンテナと垂直偏波アンテナを組み合わせてなる小型薄型化に好適で信頼性の高い複合アンテナを提供すること。【解決手段】プリント基板１０上に衛星波用の円偏波アンテナであるパッチアンテナ１１を載置固定して、給電ピン１９を同軸ケーブル３０の給電線に接続する。パッチアンテナ１１の中心貫通孔１１ａの上方には、地上波用の垂直偏波アンテナであるヘリカルアンテナ１２のヘリックス導体１３を配置させ、ヘリックス導体１３の下方へ延びる直線状導体１４を中心貫通孔１１ａに挿通して同軸ケーブル３１の給電線に接続する。これにより、複合アンテナ全体の高さ寸法や平面的な大きさが低減できる。また、パッチ電極２１とヘリックス導体１３の相対位置関係が周方向に沿ってほぼ一様になるため、パッチアンテナ１１とヘリカルアンテナ１２の電磁結合に起因する方位角面内の無指向性の崩れが回避できる。【選択図】　　　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央部に貫通孔を有する誘電体基板の上面にパッチ電極を設けて下面にグラウンド電極を設け、前記パッチ電極に接続されて前記誘電体基板を貫通する給電ピンを第１の給電線に接続したパッチアンテナと、
上面に接地導体を設けて前記パッチアンテナを載置固定したプリント基板と、
前記プリント基板に固定され、螺旋状に延びるヘリックス導体を前記貫通孔の上方に配置すると共に、前記ヘリックス導体から下方へ延びる直線状導体を前記貫通孔に挿通して第２の給電線に接続したヘリカルアンテナとを備え、
前記パッチアンテナを励振して円偏波の電波を放射させると共に、前記ヘリカルアンテナを励振して垂直偏波の電波を放射させるように構成したことを特徴とする複合アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等の移動体に装備されて衛星波と地上波とが受信可能な複合アンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等の移動体において衛星放送を受信するシステムでは主に円偏波が使用されるが、最近、ビル陰等の不感地帯での受信確率を高めるために、静止衛星からの直接放送波と同様な内容を地上において再送信する衛星放送システムが考えられている。かかる衛星放送システムに適用可能なアンテナとして、従来、図６に示すような複合アンテナが提案されている。
【０００３】
図６に示す従来の複合アンテナは、プリント基板１上に、円偏波を受信する４線巻きヘリカルアンテナ２と、地上波である垂直偏波を受信するモノポールアンテナ３とを立設して概略構成される。プリント基板１の上面にはほぼ全面に銅箔等からなる接地導体が設けられており、プリント基板１の下面にはマイクロストリップラインが設けられている。ヘリカルアンテナ２は、誘電体からなる円柱状ブロック４の外周面に螺旋状に延びる４本のヘリックス導体５を設けて、マイクロストリップラインに接続される各ヘリックス導体５を９０度の位相差で給電するというものである。このヘリカルアンテナ２を励振すると上方へ円偏波電波が放射されるので、衛星波を受信するアンテナとして機能させることができる。また、モノポールアンテナ３は、使用する電波の波長の約４分の１の長さの直線状導体を起立させ、この導体の下端部をマイクロストリップラインに接続して給電するというものである。このモノポールアンテナ３を励振すると、プリント基板１と平行な面内で無指向性の垂直偏波電波が放射されるので、地上波を受信するアンテナとして機能させることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の複合アンテナにおいて、ヘリカルアンテナ２の高さ寸法は、使用する電波の波長をλとすると約０．５５λなので、動作周波数が例えば２．３ＧＨｚ（λ＝１３０ｍｍ）の場合、その高さ寸法は約７２ｍｍまで大きくなってしまい、自動車等の移動体に装備するアンテナとして好適な薄型化が図れないという問題があった。また、かかる従来の複合アンテナは、ヘリカルアンテナ２とモノポールアンテナ３を並設した構造なので、平面的にも大きな寸法が必要で小型化が図りにくく、かつ、両アンテナ２，３が電磁結合してモノポールアンテナ３の指向性がヘリカルアンテナ２側で歪みやすく、それゆえ特定の方位角で地上波の受信感度が低下しやすいという問題があった。
【０００５】
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、円偏波アンテナと垂直偏波アンテナを組み合わせてなる小型薄型化に好適で信頼性の高い複合アンテナを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するため、本発明の複合アンテナは、中央部に貫通孔を有する誘電体基板の上面にパッチ電極を設けて下面にグラウンド電極を設け、前記パッチ電極に接続されて前記誘電体基板を貫通する給電ピンを第１の給電線に接続したパッチアンテナと、上面に接地導体を設けて前記パッチアンテナを載置固定したプリント基板と、このプリント基板に固定され、螺旋状に延びるヘリックス導体を前記貫通孔の上方に配置すると共に、前記ヘリックス導体から下方へ延びる直線状導体を前記貫通孔に挿通して第２の給電線に接続したヘリカルアンテナとを備え、前記パッチアンテナを励振して円偏波の電波を放射させると共に、前記ヘリカルアンテナを励振して垂直偏波の電波を放射させるように構成した。
【０００７】
このように構成された複合アンテナにおいて、パッチアンテナをＴＭ１１モードで励振すれば上方へ円偏波電波が放射されるので、このパッチアンテナを衛星波用の円偏波アンテナとして機能させることができる。また、ヘリカルアンテナをノーマルモードで励振すれば、プリント基板と平行な面内で無指向性の垂直偏波電波が周囲に放射されるので、このヘリカルアンテナを地上波用の垂直偏波アンテナとして機能させることができる。そして、パッチアンテナの中央部に設けた貫通孔の上方にヘリックス導体を配置し、この貫通孔を利用してヘリカルアンテナを立設するという構造を採用しているため、衛星波と地上波とが受信可能で高さ寸法や平面的な大きさが小さくて済むコンパクトな複合アンテナとなる。
【０００８】
また、この複合アンテナは、パッチ電極とヘリックス導体の相対位置関係を周方向に沿ってほぼ一様に設定することができるため、パッチアンテナとヘリカルアンテナの電磁結合に起因する方位角面内の無指向性の崩れを回避しやすく、それゆえ方位角による受信感度のばらつきが少ない安定した性能が期待できる。なお、この複合アンテナは、プリント基板の下面側でパッチアンテナの給電ピンやヘリカルアンテナの直線状導体を給電線と簡単に接続することができるので、組立作業性も良好である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態について図面を参照して説明すると、図１は本発明の第１の実施形態例に係る複合アンテナの分解斜視図、図２は該複合アンテナの斜視図、図３は該複合アンテナの上面図、図４は図３のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【００１０】
これらの図に示す複合アンテナは、挿入孔１０ａ，１０ｂを有するプリント基板１０と、このプリント基板１０上に載置固定された衛星波用のパッチアンテナ１１と、このパッチアンテナ１１の中心貫通孔１１ａの上方にヘリックス導体１３を配置してプリント基板１０に固定された地上波用のヘリカルアンテナ１２とによって主に構成されている。
【００１１】
プリント基板１０の上面にはほぼ全面に接地導体１５が設けられており、プリント基板１０の下面にはランド１６，１７が設けられている。このプリント基板１０は接地導体１５上に絶縁性の両面テープ１８を介してパッチアンテナ１１を載置固定しており、挿入孔１０ａ内にパッチアンテナ１１の給電ピン１９の下端部が挿通されている。また、このプリント基板１０の挿入孔１０ｂ内には、ヘリックス導体１３から下方へ延びる直線状導体１４の下端部が挿通されている。
【００１２】
パッチアンテナ１１は、円板状の誘電体基板２０と、この誘電体基板２０の上面に設けられた略円形のパッチ電極２１と、誘電体基板２０の下面のほぼ全面に設けられたグラウンド電極２２と、パッチ電極２１に半田付けされて誘電体基板２０を貫通する給電ピン１９とによって概略構成されるアンテナであり、給電ピン１９に所定の高周波信号が給電されるようになっている。パッチ電極２１はマイクロストリップ構造の放射素子であり、このパッチ電極２１の外周部には点対称な２箇所に縮退分離素子である切欠き２１ａ（突起でもよい）が設けられている。給電ピン１９はインピーダンスがマッチングする適当な給電点を選択してパッチ電極２１に接続され、この給電ピン１９の下端部がプリント基板１０のランド１６において同軸ケーブル３０の給電線（内部導体）に半田付けされている。
【００１３】
このような構成のパッチアンテナ１１は、パッチ電極２１や切欠き２１ａの大きさを適宜値に設定してＴＭ１１モードで励振すると、上方へ円偏波電波を放射するので、衛星波用の円偏波アンテナとして機能させることができる。なお、このパッチアンテナ１１は給電点が一つで、切欠き２１ａ等の縮退分離素子を装荷することにより共振長が異なる二つの直交モードに９０度の位相差を生じさせるという１点給電方式である。また、このパッチアンテナ１１にはヘリカルアンテナ１２用の逃げ孔である中心貫通孔１１ａが穿設されているが、中心貫通孔１１ａは直線状導体１４を挿通するためのものなので極めて小径でよく、その穿設位置もパッチ電極２１の中心なので、パッチアンテナ１１のアンテナ特性は中心貫通孔１１ａの影響をほとんど受けない。
【００１４】
ヘリカルアンテナ１２のヘリックス導体１３と直線状導体１４はピアノ線や形状記憶合金等からなる１本の線材であり、直線状導体１４を介してヘリックス導体１３に所定の高周波信号が給電されるようになっている。このヘリカルアンテナ１２は、直線状導体１４の下端部をプリント基板１０のランド１７において同軸ケーブル３１の給電線（内部導体）に半田付けすることにより、ヘリックス導体１３の軸方向を接地導体１５に対し直交させた姿勢でプリント基板１０に固定されている。また、図示はしていないが、プリント基板１０の下面にはヘリカルアンテナ１２用のマッチング回路が設けてある。
【００１５】
このような構成のヘリカルアンテナ１２をノーマルモードで励振すると、接地導体１５に対して起立するモノポールアンテナと同様に、接地導体１５と平行な面内で無指向性の垂直偏波電波を周囲に放射するので、このヘリカルアンテナ１２を地上波用の垂直偏波アンテナとして機能させることができる。ただし、放射素子であるヘリックス導体１３がコイル状に巻き上げてあるため、ヘリカルアンテナ１２の高さ寸法は動作周波数が等しいモノポールアンテナの高さ寸法の半分以下で済む。
【００１６】
上述したように第１の実施形態例に係る複合アンテナは、板状のパッチアンテナ１１によって衛星波が受信できると共に、高さ寸法が小さいヘリカルアンテナ１２によって地上波が受信でき、かつ、パッチアンテナ１１の中心貫通孔１１ａを利用してヘリカルアンテナ１２を立設しているので、装置全体が薄型で平面的にも小型化されている。したがって、この複合アンテナは、地上波と衛星波のいずれでも受信可能な車載用の小型アンテナとして好適である。また、この複合アンテナは、パッチ電極２１とヘリックス導体１３の相対位置関係が周方向に沿ってほぼ一様なので、パッチアンテナ１１とヘリカルアンテナ１２の電磁結合に起因する方位角面内の無指向性の崩れが少なく、よって方位角による受信感度のばらつきが少ない安定した性能が期待できる。なお、給電ピン１９や直線状導体１４を同軸ケ−ブル３０，３１の給電線に接続する作業は、プリント基板１０の下面側で簡単に行えるので、この複合アンテナは組立作業性も良好である。
【００１７】
図５は本発明の第２の実施形態例に係る複合アンテナの斜視図で、符号２５はパッチアンテナを総括的に示し、図２に対応する部分には同一符号を付してある。
【００１８】
図５に示す複合アンテナは、パッチアンテナ２５が２点給電方式でプリント基板１０側に９０度位相差回路（図示せず）を設けた点が、前述した第１の実施形態例と異なっている。このパッチアンテナ２５は、誘電体基板２６の上面に円形のパッチ電極２７を設けて、パッチ電極２７の２箇所に給電ピン２８，２９を半田付けしており、各給電ピン２８，２９の下端部が前記９０度位相差回路に接続されている。これにより、位相が９０度異なる二つの直交モードを励振することができるので、パッチアンテナ２５を前記パッチアンテナ１１と同様に衛星波用の円偏波アンテナとして機能させることができる。
【００１９】
なお、上述した各実施形態例において、実際に自動車等の移動体に取り付けるときには複合アンテナをレドーム（図示せず）で覆っておくことが好ましい。すなわち、誘電体材料からなるレドームで複合アンテナを覆っておけば、アンテナ特性に悪影響を及ぼさずに塵埃等の付着や飛来物の衝突が防止できるので、複合アンテナの長寿命化が図れる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏する。
【００２１】
衛星波用の円偏波アンテナであるパッチアンテナの中央部に設けた貫通孔を利用して地上波用の垂直偏波アンテナであるヘリカルアンテナを立設しており、パッチアンテナは板状でヘリカルアンテナの高さ寸法も小さくて済むため、衛星波と地上波とを受信可能で小型薄型化を図りやすい複合アンテナが得られ、特に車載用として好適である。また、この複合アンテナはパッチ電極とヘリックス導体の相対位置関係を周方向に沿ってほぼ一様に設定することができるため、パッチアンテナとヘリカルアンテナの電磁結合に起因する方位角面内の無指向性の崩れを回避しやすく、それゆえ方位角による受信感度のばらつきが少ない安定した性能が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態例に係る複合アンテナの分解斜視図である。
【図２】該複合アンテナの斜視図である。
【図３】該複合アンテナの上面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態例に係る複合アンテナの分解斜視図である。
【図６】従来例に係る複合アンテナの斜視図である。
【符号の説明】
１０　プリント基板
１０ａ，１０ｂ　挿入孔
１１，２５　パッチアンテナ
１１ａ　中心貫通孔
１２　ヘリカルアンテナ
１３　ヘリックス導体
１４　直線状導体
１５　接地導体
１９，２８，２９　給電ピン
２０，２６　誘電体基板
２１，２７　パッチ電極
２１ａ　切欠き
２２　グラウンド電極
３０，３１　同軸ケーブル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004048369.tif 000006
【図５】
2004048369.tif 000007
【図６】
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