(57)【要約】【課題】ＧＰＳアンテナ装置において、水平方向にサイズの大きな導電性基板を用いることなく、指向性に歪みを生じさせないようにする。【解決手段】基板４においては、２つの溝４ｂが設けられているため、水平方向にサイズの大きな基板を用いた場合と同様に、電流の流れる電流経路が長くなる。従って、基板４の背面側に、ファイヤーウォール、リーンホース、オーディオ装置などの金属製部材が配置されている場合、ＧＰＳ衛星からの電波が金属製部材により反射されてこの基板に反射電波により起電力が生じてもその基板端部に流れる電流を小さくすることができる。これに伴い、基板の端部から、当該電流に基づき放射される電波を少なくすることができ、基板の端部から、放射素子１に入射される電波を少なくすることができる。【選択図】　　　　図１
2004112391.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電材料により形成された基板（４）と、この基板の一面側に配設されるアンテナ素子（１）とを有するアンテナ装置において、
前記基板は、この基板の一面側から他面側に凹むように形成された溝部（４ｂ）を有することを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記基板には、前記溝部が２つ形成され、これら２つの溝部は、前記アンテナ素子を挟むように配設されていることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記２つの溝部は、前記基板の２つの端部（４ｘ）にそれぞれに沿うように配設されていることを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記基板には、前記溝部が環状に形成され、この形成された溝部は、前記アンテナ素子を囲むように配設されていることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記環状の溝は、前記基板の端部（４ｘ）に沿うように配設されていることを特徴とする請求項４に記載のアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電性材料で形成された基板にアンテナ素子を配設してなるアンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
近年、アンテナ装置の小型化が進展している。このアンテナ装置の小型化に伴い、例えば、車両用のナビゲーションシステムのＧＰＳアンテナ装置を、自動車のインストルメントパネル内に配置することが考えられている。
【０００３】
ここで、ＧＰＳアンテナ装置としては、例えば、銅板などの導電性基板を水平方向に配置して、その導電性基板の一面側（上側）にてパッチアンテナ素子（放射素子）を設けてなるアンテナ装置を用いた場合には、以下のように指向性に歪みが生じることが分かった。
【０００４】
例えば、インストルメントパネルの車両前側には、図１４に示すように、車室とエンジンルームとを区切るための金属製のファイヤーウォール１０が配置されており、インストルメントパネル内には、オーディオ装置１２以外に、空調装置を支持するための金属製のリーンホース１１などが収納されている。
【０００５】
このようなファイヤーウォール１０、リーンホース１１、オーディオ装置１２などの部材は、金属製である。従って、これら金属製部材が、ＧＰＳアンテナ装置の基板の他面側（背面側）に配置されている場合には、ＧＰＳ衛星からの電波が、フロントウインドシールドを経てインストルメントパネルの上壁を通して金属製部材に入射されると、これら金属製部材が電波を導電性基板に向けて反射する。
【０００６】
従って、導電性基板には、電波により起電力が生じて電流が導電性基板の端部に向かって流れる。このため、基板の端部からは、当該電流に基づき電波が放射され、この放射電波がパッチアンテナ素子に入射される。
【０００７】
以上により、パッチアンテナ素子には、フロントウインドシールドおよびインストルメントパネルの上壁を通して上側から到来する“本来受信すべき電波”以外に、金属製部材および導電性基板によって、その下側（背面側）から到来する“不要な電波”が入射されることになる。このことにより、ＧＰＳアンテナ装置において、金属製部材および導電性基板に基づき、受信電波の指向性に歪みが生じることになる。
【０００８】
この場合、上側から到来する“本来受信すべき電波”および“不要な電波”が互いに逆位相でパッチアンテナ素子に入射された場合には、互いに打ち消し合って、ＧＰＳ衛星からの電波に基づく位置情報を取得することができない。
【０００９】
以上のようなことに対応するために、水平方向のサイズの大きな導電性基板を用いることが考えられる。この場合には、導電性基板にて電流の流れる電流経路が長くなるので、導電性基板のインピーダンスが増加して、導電性基板の端部に流れ込むる電流が小さくなる。このため、導電性基板の端部から放射されて放射素子に入射される電波を減少させることができる。しかし、水平方向のサイズの大きな導電性基板では、インストルメントパネル内に収納できなくなる可能性がある。
【００１０】
本発明は、上記点に鑑み、水平方向のサイズの大きな基板を用いることなく、周囲の金属部材からの反射電波を基板が受信しても、その基板からアンテナ素子に入射される電波を少なくすることができるアンテナ装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、導電材料により形成された基板（４）と、この基板の一面側に配設されるアンテナ素子（１）とを有するアンテナ装置において、前記基板は、この基板の一面側から他面側に凹むように形成された溝部（４ｂ）を有することを特徴とする。
【００１２】
このように、基板に溝部を設けることにより、水平方向のサイズの大きな基板を用いる場合と同様に、電流経路を長くしてインピーダンスを大きくすることができる。
【００１３】
したがって、周囲の金属部材からの反射電波により、基板に起電力が発生しても、基板の端部に向かって流れる電流を小さくすることができる。このため、水平方向にサイズの大きな基板を用いることなく、基板の端部から、この電流に基づき放射素子に入射される電波を少なくすることができる。
【００１４】
また、請求項２に記載の発明では、前記基板には、前記溝部が２つ形成され、これら２つの溝部は、前記アンテナ素子を挟むように配設されていることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項３に記載の発明では、前記２つの溝部は、前記基板の２つの端部（４ｘ）にそれぞれに沿うように配設されていることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項４に記載の発明では、前記基板には、前記溝部が環状に形成され、この形成された溝部は、前記アンテナ素子を囲むように配設されていることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項５に記載の発明では、前記環状の溝は、前記基板の端部（４ｘ）に沿うように配設されていることを特徴とするものである。
【００１８】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１、図２に本発明の一実施形態のＧＰＳアンテナ装置を示す。
【００２０】
図１は、ＧＰＳアンテナの斜視図、図２は、ＧＰＳアンテナの断面図である。
【００２１】
ＧＰＳアンテナは、車両のインストルメントパネル内に配置されたもので、図１に示すように、放射素子１、誘電体２、グランド板３、基板４および同軸ケーブル５から構成されている。放射素子１は、銅等の導電性材料からなる板部材であって、誘電体２およびグランド板３とともにパッチアンテナを構成している。
【００２２】
ここで、放射素子１は、フロントウインドシールおよびインストルメントパネルの上壁を通してＧＰＳ人工衛星からの電波を受信する。
【００２３】
誘電体２は、板状に形成されたもので、放射素子１の下側に配設されており、グランド板３は、銅等の導電性の板状部材であって、誘電体２の下側に配設されている。基板４は、銅等の導電性材料からなる板状部材を折り曲げ加工されたもので、グランド板３が配置されて板状に形成されている板部材４ａを有する。また、基板４は、板部材４ａの両脇が折り曲げられて形成された２つの溝４ｂと、これら溝４ｂのそれぞれに沿い形成された長帯状の板部材４ｃとを有している。このようにして、２つの溝４ｂが２つの板部材４ｃとともに、アンテナ素子１を挟むように形成されていることになる。
【００２４】
同軸ケーブル５の軸心の一端は、図２に示すように、誘電体２、グランド板３、基板４の個々の貫通穴を通して放射素子１の裏面に溶接等で接続されている。また、同軸ケーブル５の軸心の他端は、図示しないＧＰＳ受信回路の入力端子に接続されている。
【００２５】
以上のように構成されたＧＰＳアンテナの基板４においては、溝４ｂが設けられているため、水平方向のサイズの大きな導電性基板を用いた場合と同様に、電流の流れる電流経路が長くなり、インピーダンスを大きくすることができ。従って、基板４の背面側に、ファイヤーウォール１０、リーンホース１１、オーディオ装置１２などの金属製部材が配置されている場合、ＧＰＳ衛星からの電波が金属製部材により反射されてこの基板に反射電波により起電力が生じてもその基板端部に流れる電流を小さくすることができる。
【００２６】
これに伴い、基板の端部から、当該電流に基づき放射される電波を少なくすることができ、基板の端部から、放射素子１に入射される電波を少なくすることができる。このため、水平方向のサイズの大きな導電性基板を用いることなく、指向性にひずみが生じることを抑制できる。
【００２７】
ここで、本実施形態に係るＧＰＳアンテナ装置の指向性と、従来のＧＰＳアンテナ装置の指向性との比較について図３〜図７に示す実験結果を参照して説明する。
【００２８】
図３は、本実施形態のＧＰＳアンテナ装置の断面図、図４は、従来のＧＰＳアンテナ装置の断面図、図５は、インストルメントパネルに収納されていなく、周囲の金属部品からの反射電波を受けない状態の従来のＧＰＳアンテナ装置の指向性である。図６は、インストルメントパネル内に収納された状態の従来のＧＰＳアンテナ装置の指向性、図７は、インストルメントパネル内に収納された状態の本実施形態のＧＰＳアンテナ装置の指向性である。
【００２９】
ここで、図５乃至図７は、ＧＰＳアンテナ装置を中心として、「０度」を車両上側、「１８０度」を車両下側、「９０度」を車両左側、「２７０度」を車両右側とし、各方向から到来される電波の受信レベルを示す図である。
【００３０】
先ず、従来のＧＰＳアンテナ装置としては、図４示すように、溝を含んでいなく、かつ水平方向のサイズ（６０ｍｍ×６０ｍｍ）の四角形の基板４Ａを備えたものであり、本実施形態のＧＰＳアンテナ装置としては、図３に示すように、２つの溝４ｂを含んで水平方向のサイズ（６０ｍｍ×６０ｍｍ）の基板４ａを備えたものである。
【００３１】
ここで、図５、図６に示すように、インストルメントパネルに収納された状態の従来のＧＰＳアンテナ装置では、インストルメントパネルに収納されていなく周囲金属部品からの反射電波を受けない状態のＧＰＳアンテナ装置に比べると、下側半分｛「９０度」乃至「２７０度」｝の方向から到来する電波の受信レベルが大きくなることが分かる。
【００３２】
そこで、図６、図７から分かるように、本実施形態のＧＰＳアンテナ装置をインストルメントパネルに収納した場合には、従来のＧＰＳアンテナ装置をインストルメントパネルに収納した場合に比べると、下側半分｛「９０度」乃至「２７０度」｝の方向から到来する電波の受信レベルが小さくなることが分かる。
【００３３】
次に、本実施形態のＧＰＳアンテナ装置を用いれば、従来のＧＰＳアンテナ装置に比べて、どの程度基板を小型化できるかを図８を参照して説明する。
【００３４】
図８において、グラフαは、溝の無い基板でその一片の寸法を５０ｍｍ〜２００ｍｍとしたときの電波の背面回り込み量を示す。この背面回り込み量とは、下側半分｛「９０度」乃至「２７０度」｝の範囲内の各角度（例えば、９０度、１００度…２６０度、２７０度）の平均利得を示すものである。先ず、サイズが６０ｍｍ×６０ｍｍで、かつ２つの溝４ｂを有する基板４ａを備えるＧＰＳアンテナ装置について、背面回り込み量を調べたところ、−１１．９（ｄＢｉ）であることが分かった。
【００３５】
そこで、この背面回り込み量（図８中グラフβ参照）を図８中のグラフαに当てはめたところ、サイズが６０ｍｍ×６０ｍｍである本実施形態のＧＰＳアンテナ装置の背面回り込み量と、サイズが９０ｍｍ×９０ｍｍである従来のＧＰＳアンテナ装置の背面回り込みとが、ほぼ同等であることが分かった。従って、本実施形態では、従来に比べて、基板の水平方向のサイズを「９０ｍｍ×９０ｍｍ」から「６０ｍｍ×６０ｍｍ」にスケールダウンすることができることになる
（他の実施形態）
なお、上記実施形態では、図１に示すように、基板４としては、板部材４ａ、各溝４ｂおよび板部材４ｃから構成されるものを示したが、各板部材４ｃをそれぞれ削除して、図９に示すように、各溝４ｂのそれぞれが端部４ｘに沿い形成されるようにしてもよい。
【００３６】
また、上記実施形態では、２つの溝４ｂが並行に配置された基板４を示したが、図１０に示すように、溝４ｂを環状に形成した基板４を用いてもよい。この場合には、板部材４ｃが溝４ｂに沿うように環状に形成されることになる。この場合には、アンテナ素子１を基準に溝部４ｂの形状を対称的に形成することができるため、溝部４ｂにより指向性に影響を与えることを未然に防ぎ得る。さらに、各板部材４ｃをそれぞれ削除して、図１１に示すように、環状の溝４ｂが環状の端部４ｘに沿い形成されるようにしてもよい。
【００３７】
さらに、上記実施形態では、同軸ケーブル５の軸心の一端が、誘電体２およびグランド板３および基板４の個々の貫通穴を貫通して放射素子１の裏面に接続しているものを示したが、図１２に示すように、同軸ケーブル５の軸心の一端が、誘電体２の側面から差し込まれて放射素子１の裏面に接続させるようにしてもよい。
【００３８】
また、上記実施形態において、図１３に示すように、基板４の各溝４ｂ内に誘電体を装填するようにしてもよい。さらに、上記実施形態において、アンテナ装置として、ＧＰＳアンテナ装置を適用したが、導電性材料からなる基板を備えるものであるならば、各種の受信アンテナを適用してもよく、さらには、送信アンテナ装置、或いは、送受信を行う送受信アンテナ装置を適用してもよい。また、アンテナ装置としては、自動車用のアンテナ装置に限らず、各種機器に搭載されるようにしてよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＧＰＳアンテナ装置の一実施形態を示す図である。
【図２】図１に示すＧＰＳアンテナ装置の断面図である。
【図３】図１に示すＧＰＳアンテナ装置の寸法を示す図である。
【図４】従来のＧＰＳアンテナ装置を示す図である。
【図５】従来のＧＰＳアンテナ装置単体の指向性を示す図である。
【図６】従来のＧＰＳアンテナ装置をインストルメントパネル内に配置した状態の指向性を示す図である。
【図７】図１に示すＧＰＳアンテナ装置をインストルメントパネル内に配置した状態の指向性を示す図である。
【図８】本実施形態のＧＰＳアンテナ装置の効果を説明するための図である。
【図９】本実施形態の変形例を示す図である。
【図１０】本実施形態の変形例を示す図である。
【図１１】本実施形態の変形例を示す図である。
【図１２】本実施形態の変形例を示す図である。
【図１３】本実施形態の変形例を示す図である。
【図１４】ＧＰＳアンテナ装置の配置を説明するための図である。
【符号の説明】
１…放射素子、２…誘電体、３…グランド板、４…基板、４ｂ…溝。
【図１】
2004112391.tif 000003
【図２】
2004112391.tif 000004
【図３】
2004112391.tif 000005
【図４】
2004112391.tif 000006
【図５】
2004112391.tif 000007
【図６】
2004112391.tif 000008
【図７】
2004112391.tif 000009
【図８】
2004112391.tif 000010
【図９】
2004112391.tif 000011
【図１０】
2004112391.tif 000012
【図１１】
2004112391.tif 000013
【図１２】
2004112391.tif 000014
【図１３】
2004112391.tif 000015
【図１４】
2004112391.tif 000016