(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上に地上波用の垂直偏波アンテナである平板アンテナ１１を固定し、この平板アンテナ１１の金属平板１４上に衛星波用の円偏波アンテナであるパッチアンテナ１２を載置固定する。パッチアンテナ１２の給電ピン２３は、平板アンテナ１１の開口１３を利用して同軸ケーブル３１の給電線に接続する。また、金属平板１４とパッチ電極２１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と共に、平板アンテナ１１とパッチアンテナ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】
外形が円形または正多角形で中央部に開口を有する金属平板を所定の間隔を存して接地導体と対向させ、前記金属平板を接地端子を介して前記接地導体に接続すると共に、前記金属平板を給電端子を介して第１の給電線に接続した平板アンテナと、
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、この誘電体基板を前記金属平板上に絶縁部材を介して載置固定すると共に、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前記開口内に挿通して第２の給電線に接続したパッチアンテナとを備え、
前記平板アンテナを励振して垂直偏波の電波を放射させると共に、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ように構成したことを特徴とする複合アンテナ。
【請求項２】
請求項１の記載において、上面に前記接地導体を設けて複数箇所に挿入孔を設けたプリント基板を備え、前記各挿入孔に挿入した前記接地端子と前記給電端子と前記給電ピンをそれぞれ前記プリント基板に固定したことを特徴とする複合アンテナ。
【請求項３】
請求項２の記載において、前記接地端子と前記給電端子がいずれも前記金属平板から前記プリント基板側へ延出する折曲片からなる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、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、外形が円形または正多角形で中央部に開口を有する金属平板を所定の間隔を存して接地導体と対向させ、前記金属平板を接地端子を介して前記接地導体に接続すると共に、前記金属平板を給電端子を介して第１の給電線に接続した平板アンテナと、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、この誘電体基板を前記金属平板上に絶縁部材を介して載置固定すると共に、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前記開口内に挿通して第２の給電線に接続したパッチアンテナとを備え、前記平板アンテナを励振して垂直偏波の電波を放射させると共に、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、平板アンテナを共振周波数の最も低いＴＭ０１モードで励振すれば、金属平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、この平板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。また、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。そして、地上波用の平板アンテナ上に衛星波用のパッチアンテナを載置固定し、平板アンテナの開口を利用してパッチアンテナの給電ピンを給電線に接続するという積層構造を採用していることから、この複合アンテナは高さ寸法が小さくて平面的な大きさも低減でき、よって薄型化や小型化が図りやすい。しかも、金属平板とパッチ電極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、この複合アンテナは、平板アンテナとパッチ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。
【０００８】
かかる構成の複合アンテナにおいて、上面に前記接地導体を設けて複数箇所に挿入孔を設けたプリント基板を備え、前記各挿入孔に挿入した前記接地端子と前記給電端子と前記給電ピンをそれぞれ前記プリント基板に固定すれば、給電端子や給電ピンを給電線に接続したり接地端子を対応するランドに接続する作業がプリント基板の下面側で簡単に行えると共に、プリント基板に固定した各端子によって金属平板や誘電体基板を安定した姿勢で保持しやすくなるので好ましい。この場合、平板アンテナの接地端子と給電端子がいずれも金属平板からプリント基板側へ延出する折曲片からなる構成にしておけば、一枚板の金属板をプレス抜きして折曲加工するだけで簡単に金属平板と接地端子と給電端子とを形成でき、平板アンテナの機械的強度も大幅に向上するので一層好ましい。
【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、複数箇所に挿入孔１０ａを有するプリント基板１０と、このプリント基板１０上に保持された地上波用の平板アンテナ１１と、この平板アンテナ１１上に保持された衛星波用のパッチアンテナ１２とによって主に構成されている。
【００１１】
平板アンテナ１１は、中央部に開口１３を有する円環状の金属平板１４と、この金属平板１４の内縁部を基端として下向きに折曲した４本の接地端子１５と、金属平板１４内を切り起こして下向きに折曲した１本の給電端子１６と、プリント基板１０の上面のほぼ全面に設けられた銅箔等の接地導体１７とによって概略構成されるアンテナであり、給電端子１６に所定の高周波信号が給電されるようになっている。
【００１２】
各接地端子１５と給電端子１６は、金属平板１４をプレス抜きした後に折曲加工して形成したものであり、端子群１５，１６と金属平板１４は一枚板の金属板からなる。４本の接地端子１５は等間隔に配置されており、各接地端子１５と給電端子１６は同等の長さに形成されている。図４に示すように、プリント基板１０の下面には、挿入孔１０ａを貫通した各接地端子１５の下端部が半田付けされるランド１８と、別の挿入孔１０ａを貫通した給電端子１６の下端部が半田付けされるランド１９とが設けられている。ランド１８は上面側の接地導体１７と導通されており、ランド１９には同軸ケーブル３０の給電線（内部導体）が半田付けされている。こうして端子群１５，１６がプリント基板１０に固定されるため、金属平板１４は接地導体１７との間に一定の間隔を存した安定した姿勢でプリント基板１０に確実に支持されている。なお、金属平板１４内における給電端子１６の形成位置は、インピーダンスがマッチングする適当な位置を選択して決定する。
【００１３】
このような構成の平板アンテナ１１は、金属平板１４の大きさや、金属平板１４と接地導体１７との間隔を適宜値に設定して、共振周波数の最も低いモードであるＴＭ０１モードで励振すると、金属平板１４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、受信感度が方位角によってばらつかない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。なお、この平板アンテナ１１では金属平板１４の外形を円形としたが、金属平板１４の外形が正多角形であっても平板アンテナ１１の無指向性が大きく崩れることはない。
【００１４】
パッチアンテナ１２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および開口１３を貫通する給電ピン２３とによって概略構成されるアンテナであり、給電ピン２３に所定の高周波信号が給電されるようになっている。
【００１５】
誘電体基板２０は平板アンテナ１１の金属平板１４上に同心円状の配置で載置されており、図４に示すように、誘電体基板２０の下面側が絶縁性の両面テープ２４によって金属平板１４に接着されている。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２３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に接続されるが、給電点の位置はパッチ電極２１の中心寄りなので平板アンテナ１１の開口１３の上方となる。それゆえ、給電点から下方へ延びる給電ピン２３が金属平板１４や端子群１５，１６と接触する心配はなく、この給電ピン２３の下端部は挿入孔１０ａを貫通してプリント基板１０の下面で同軸ケーブル３１の給電線（内部導体）に半田付けされている。
【００１６】
このような構成のパッチアンテナ１２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１２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。
【００１７】
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、平板アンテナ１１によって地上波が受信できると共にパッチアンテナ１２によって衛星波が受信でき、かつ平板アンテナ１１上にパッチアンテナ１２を積層した構造なので装置全体の小型薄型化が促進されている。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、金属平板１４とパッチ電極２１の相対位置関係が周方向に沿ってほぼ一様なので、平板アンテナ１１とパッチアンテナ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。
【００１８】
しかも、この複合アンテナで採用している平板アンテナ１１は、一枚板の金属板をプレス抜きして折曲加工するだけで簡単に金属平板１４と各接地端子１５と給電端子１６とを形成できるので、部品点数や組立工数が少なくて安価に製造でき、組立精度や機械的強度も確保しやすい。それゆえ、プリント基板１０に固定した端子群１５，１６によって金属平板１４や誘電体基板２０を安定した姿勢で支持することができ、安価で信頼性の高い複合アンテナが得られる。なお、平板アンテナ１１の接地端子１５や給電端子１６をランド１８，１９に接続する作業や、パッチアンテナ１２の給電ピン２３を同軸ケ−ブル３１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。
【００１９】
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。
【００２０】
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１２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。
【００２１】
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。また、上述した各実施形態例では、平板アンテナ１１の金属平板１４と各接地端子１５と給電端子１６とが一枚板の金属板にて形成されているが、接地端子１５や給電端子１６が金属平板１４とは別体の金属ピンであってもよい。
【００２２】
【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。
【００２３】
地上波用の垂直偏波アンテナである平板アンテナの金属平板上に、衛星波用の円偏波アンテナであるパッチアンテナを載置固定し、平板アンテナの開口を利用してパッチアンテナの給電ピンを給電線に接続するという積層構造を採用しているため、地上波と円偏波とが受信可能で小型薄型化が図りやす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、平板アンテナの金属平板とパッチアンテナのパッチ電極とを周方向に沿ってほぼ一様な相対位置関係に設定することができるため、この複合アンテナは平板アンテナとパッチ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　挿入孔
１１　平板アンテナ
１２，２５　パッチアンテナ
１３　開口
１４　金属平板
１５　接地端子
１６　給電端子
１７　接地導体
２０，２６　誘電体基板
２１，２７　パッチ電極
２２　グラウンド電極
２３，２８，２９　給電ピン
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】
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【図５】
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【図６】
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