(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２点給電方式のパッチアンテナ１２を載置固定する。平板アンテナ１１は１本の給電端子１６と等間隔な配置の６本の接地端子１５とを有する。パッチアンテナ１２はパッチ電極２１の中心から等距離かつ９０度離れた２か所に給電ピン２３，２４を有し、各給電ピン２３，２４は平板アンテナ１１の開口１３を利用して９０度位相差回路に接続されている。金属平板１４とパッチ電極２１の相対位置関係は周方向に沿ってほぼ一様である。給電端子１６と接地端子１５群と給電ピン２３，２４は、電磁結合等に起因する指向性の歪みを是正しうる所定の相対位置関係に設定されている。【選択図】      図３
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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、前記開口の周縁に沿って等間隔に６本配設した接地端子を介して前記金属平板を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給電線に接続した平板アンテナと、
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た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し、かつ、前記誘電体基板を貫通する第１の給電ピンおよび第２の給電ピンを前記パッチ電極の中心から等距離にあって該中心のまわりに９０度離れた２か所で該パッチ電極に接続すると共に、これら２本の給電ピンを前記開口内に挿通して９０度位相差回路に接続したパッチアンテナと、
上面に前記接地導体を設けて複数箇所に挿入孔を有し、これら挿入孔に前記接地端子と前記給電端子および前記給電ピンをそれぞれ挿入して固定したプリント基板とを備え、
前記パッチ電極の中心と前記第１の給電ピンとを結ぶ直線の延長線上に前記給電端子を配置させ、隣り合ういずれか２本の前記接地端子を前記延長線を対称軸とする線対称な位置に配置させると共に、前記パッチ電極の中心と前記第２の給電ピンとを結ぶ直線の延長線上にいずれか１本の前記接地端子を配置させ、
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、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、同一のプリント基板上に衛星波受信用のパッチアンテナと地上波受信用のヘリカルアンテナ（またはロッドアンテナ）を並設した構成の複合アンテナが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この種の複合アンテナでは、天頂に向けたパッチアンテナによって円偏波の衛星波が受信できると共に、軸線方向を斜めに傾けて設置したヘリカルアンテナ（またはロッドアンテナ）によって、パッチアンテナに向かって飛来する衛星波を妨害することなく垂直偏波の地上波が受信できるようになっている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−１０７５４２号公報（第３頁、図１）
【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では、地上波受信用のヘリカルアンテナやロッドアンテナを長寸に設計しなければならないため、自動車等の移動体に装備するアンテナとして好適な小型薄型化が図れないという問題があった。また、この種の複合アンテナではプリント基板上に並設する衛星波用の円偏波アンテナと地上波用の垂直偏波アンテナを近接させることによってコンパクト化を図っているため、円偏波アンテナと垂直偏波アンテナとの電磁結合によって一方のアンテナの指向性が他方のアンテナの存する側で歪みやすく、それゆえ特定の方位角で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に、本発明の複合アンテナでは、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、前記開口の周縁に沿って等間隔に６本配設した接地端子を介して前記金属平板を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給電線に接続した平板アンテナと、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た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し、かつ、前記誘電体基板を貫通する第１の給電ピンおよび第２の給電ピンを前記パッチ電極の中心から等距離にあって該中心のまわりに９０度離れた２か所で該パッチ電極に接続すると共に、これら２本の給電ピンを前記開口内に挿通して９０度位相差回路に接続したパッチアンテナと、上面に前記接地導体を設けて複数箇所に挿入孔を有し、これら挿入孔に前記接地端子と前記給電端子および前記給電ピンをそれぞれ挿入して固定したプリント基板とを備え、前記パッチ電極の中心と前記第１の給電ピンとを結ぶ直線の延長線上に前記給電端子を配置させ、隣り合ういずれか２本の前記接地端子を前記延長線を対称軸とする線対称な位置に配置させると共に、前記パッチ電極の中心と前記第２の給電ピンとを結ぶ直線の延長線上にいずれか１本の前記接地端子を配置させ、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ほぼ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回路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。また、給電端子や接地端子や給電ピンをランド等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することができる。
【０００８】
さらにまた、この複合アンテナにおいては、パッチアンテナが２点給電方式であると共に、その２本の給電ピンと平板アンテナの給電端子および接地端子とが所定の位置関係となるように設定してあるため、パッチアンテナと平板アンテナとの電磁結合等に起因する方位角面内の無指向性の崩れが回避しやすい。つまり、パッチアンテナは１点給電よりも２点給電のほうが方位角面内の指向性が均一になりやすく、また、平板アンテナは給電端子を含む直径方向で利得が増大しやすいことを考慮して、該直径方向を対称軸とする線対称な位置に２本の接地端子を配置させると共に、該直径方向と直交する直径方向でも利得が増大するように１本の接地端子を１本の給電ピンの近傍に配置させてあるため、平板アンテナも方位角面内の指向性が均一になりやすい。したがって、この複合アンテナは衛星波（円偏波電波）と地上波（垂直偏波電波）のいずれを受信する場合にも、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を期待できる。
【０００９】
かかる構成の複合アンテナにおいて、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好ましい。
【００１０】
【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は該複合アンテナの断面図である。
【００１１】
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。
【００１２】
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６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。
【００１３】
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。６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。
【００１４】
このような構成の平板アンテナ１１は、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と平行な面内でほぼ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応じて大きく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の外形が円形であるが、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。
【００１５】
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２本の給電ピン２３，２４とによって概略構成される２点給電方式のアンテナであり、プリント基板１０側に設けた図示せぬ９０度位相差回路を介して給電ピン２３，２４に所定の高周波信号が給電されるようになっている。
【００１６】
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２５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の中心から等距離にあって該中心のまわりに９０度離れた２か所が、各給電ピン２３，２４がパッチ電極２１に半田付けされている給電点となっている。つまり、２本の給電ピン２３，２４は、パッチ電極２１の中心を頂点とする直角二等辺三角形の斜辺の両端に相当する位置で該パッチ電極２１に接続されている。ただし、給電ピン２３，２４がパッチ電極２１に接続されている給電点の位置は、図３に示すように、平板アンテナ１１の開口１３の上方となるパッチ電極２１の内周部分である。それゆえ、各給電点から下方へ延びる給電ピン２３，２４が金属平板１４や端子群１５，１６と接触する心配はなく、各給電ピン２３，２４の下端部はそれぞれ対応する挿入孔１０ａを貫通して、プリント基板１０の下面で前記９０度位相差回路のランド２６に半田付けされている。
【００１７】
このような構成のパッチアンテナ１２は、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。そして、パッチアンテナ１２をＴＭ１１モードで励振すると、上方へ円偏波電波を放射させることができるため、衛星波用の円偏波アンテナとして機能させることが可能となる。また、このパッチアンテナ１２は２点給電方式なので、１点給電方式のものに比べて方位角面内（誘電体基板２０と平行な面内）の指向性が均一になりやすい。
【００１８】
ただし、平板アンテナ１１の開口１３内にパッチアンテナ１２の２本の給電ピン２３，２４が配設されているため、この開口１３の周縁に配設されている平板アンテナ１１の接地端子１５群と給電ピン２３，２４との電磁結合の影響を考慮する必要がある。また、パッチアンテナ１２の影響を排除したとしても、平板アンテナ１１は給電端子１６を含む直径方向で利得が増大しやすいという特性を有する。そこで、この複合アンテナでは、パッチアンテナ１２の２本の給電ピン２３，２４と、平板アンテナ１１の接地端子１５群および給電端子１６とが所定の位置関係となるように設定して、平板アンテナ１１の方位角面内（金属平板１４と平行な面内）の無指向性の崩れを改善している。
【００１９】
すなわち、本実施形態例に係る複合アンテナにおいては、図３に示すように、パッチ電極２１の中心と一方の給電ピン２３とを結ぶ直線の延長線上に平板アンテナ１１の給電端子１６を配置させて、隣り合う２本の接地端子１５を該延長線を対称軸とする線対称な位置に配置させると共に、パッチ電極２１の中心と他方の給電ピン２４とを結ぶ直線の延長線上に別の１本の接地端子１５を配置させて両者２４，１５を近接させている。なお、かかる設定は、平板アンテナ１１の接地端子１５の本数が６本の場合に好適に実現される。そして、給電ピン２３，２４と接地端子１５と給電端子１６とをこのような相対位置関係に設定したことにより、平板アンテナ１１は、給電端子１６を含む直径方向の利得が低減すると共に、該直径方向と直交する直径方向（給電ピン２４の存する方向）の利得が増大し、結果として方位角面内の指向性が均一になっている。
【００２０】
上述したように本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、この複合アンテナでは、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であり、かつ電磁結合等に起因する指向性の歪みを是正するために給電ピン２３，２４と接地端子１５と給電端子１６を所定の相対位置関係に設定してあり、さらにパッチアンテナ１２を２点給電方式としてあるため、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。
【００２１】
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、接地端子１５や給電端子１６、給電ピン２３，２４等をそれぞれランド１８，１９，２６等に接続する作業は、プリント基板１０の下面側で簡単に行える。
【００２２】
なお、上述した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。
【００２３】
また、上述した実施形態例では、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。
【００２４】
【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。
【００２５】
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回路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、パッチアンテナが２点給電方式であると共に、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とし、かつ平板アンテナの給電端子および接地端子群とパッチアンテナの給電ピンとを所定の相対位置関係に設定して電磁結合等に起因する指向性の歪みを是正しているため、この複合アンテナは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】該複合アンテナの断面図である。
【符号の説明】
１０  プリント基板
１０ａ  挿入孔
１１  平板アンテナ
１２  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  誘電体基板
２１  パッチ電極
２２  グラウンド電極
２３，２４  給電ピン
２６  （９０度位相差回路の）ランド
３０  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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