(57)【要約】【課題】  簡単な工程で製造可能なアンテナ装置を提供する。【解決手段】  一方の面１１０ａに放射導体１１１が形成され、他方の面１１０ｂに導体が形成されていない平板状の誘電体ブロック１１０と、一方の面１２０ａにグランドパターン１２１が形成されたプリント基板１２０とを備える。誘電体ブロック１１０の他方の面１１０ｂとプリント基板１２０の一方の面１２０ａとの間には、接着部材１４０が設けられており、これによって誘電体ブロック１１０がプリント基板１２０に固定されている。このように、誘電体ブロック１１０の他方の面１１０ｂにグランドパターンが設けられておらず、プリント基板１２０の一方の面１２０ａに設けられたグランドパターンを利用していることから、誘電体ブロック１１０の他方の面１１０ｂに対する加工が全く不要となる。これにより、製造工程が簡略化される。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の面に放射導体が形成され、他方の面に導体が形成されていない平板状の誘電体ブロックと、一方の面にグランドパターンが形成された基板とを備え、前記誘電体ブロックの前記他方の面と前記基板の前記一方の面とが対向するよう、前記誘電体ブロックが前記基板に固定されていることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記誘電体ブロックの前記他方の面と前記グランドパターンとを接着する接着部材をさらに備え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】
前記基板の他方の面には信号配線パターンが形成されており、前記放射導体と前記信号配線パターンとは、前記誘電体ブロック及び前記基板を貫通して設けられた給電ピンを介して接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
一方の面に放射導体が形成された平板状の誘電体ブロックと、一方の面にグランドパターンが形成された基板と、一方の面が前記誘電体ブロックの他方の面と接し、他方の面が前記グランドパターンと接する接着部材とを備えることを特徴とするアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアンテナ装置に関し、特に、衛星ディジタルラジオ放送を受信するのに好適なアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地上波を使用したラジオ放送は、テレビジョン放送の登場によって家庭ではあまり利用されなくなってきたものの、車載用のラジオでは、現在でも広く利用されており、依然としてニュースや音楽を提供する主要な手段となっている。しかしながら、地上波ラジオ放送には、ＡＭ放送だけが行われていたときの音質と比較して、ＦＭ放送が一般的となった今日において改善されてはいるものの、ＣＤ（コンパクトディスク）等で提供されるディジタルオーディオと比較して音質の点で劣っているという問題点がある。また、地上波ラジオ放送には、自動車がビル影、山間部またはトンネル内に位置しているときに、信号を良好な状態で受信することができないという問題点もある。このため、これらの問題点を改善すべく、放送衛星を使用したディジタルラジオ放送が、主として自動車を対象として米国等で最近実施され始めている。
【０００３】
このディジタルラジオ放送を実施するための放送システムとして、特許文献１に開示された放送システムが一般的に使用されている。この放送システムでは、放送主局が放送衛星にディジタルラジオ信号を送信し、放送衛星が受信したディジタルラジオ信号をトランスポンダを介して地上に送信する。一方、衛星ディジタルラジオ受信機は、放送衛星から送信されたディジタルラジオ信号を直接受信すると共に音響信号に変換してスピーカ等から出力する。また、ビル影、山間部およびトンネル内などのように放送衛星からのディジタルラジオ信号が直接届かないところでは、衛星ディジタルラジオ受信機は、放送衛星から受信したディジタルラジオ信号を再送信する地上リピータ（ギャップフィラー）からのディジタルラジオ信号を受信する。
【０００４】
また、衛星ディジタルラジオ受信機に設けられているアンテナ装置として、特許文献２に開示されてたアンテナ装置が知られている。このアンテナ装置は、放送衛星からのディジタルラジオ信号を受信する平面型のアンテナ素子として構成されている。また、この平面型のアンテナ素子としては、特許文献３に開示されているように、誘電体ブロック（セラミック基板）と、その一方の面に形成された放射導体と、誘電体基板の他方の面に形成された接地導体と、誘電体ブロックの一方の面から他方の面に向かって貫通して配設された給電ピンとを備えたアンテナ装置（誘電体パッチアンテナ）が最も普及している。
【特許文献１】特開２００２−３４４３３５号公報
【特許文献２】特開２００１−２１７７３０号公報
【特許文献３】特開２００３−２８９２１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献３に記載されたアンテナ装置では、誘電体ブロックの両面に導体（放射導体と接地導体）を形成する必要があり、製造工程が複雑であるという問題があった。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、製造工程を簡素化することが可能なアンテナ装置を提供することである。
【０００７】
一方、衛星ディジタルラジオ受信機用アンテナ装置は、前述したように、放送衛星からのディジタルラジオ信号（例えば円偏波）を直接受信でき、しかも地上リピータからのディジタルラジオ信号（例えば垂直偏波）を受信できるように構成されている必要がある。この場合、衛星ディジタルラジオ受信機用アンテナ装置は、地上リピータからのディジタルラジオ信号を一般的には低仰角方向から受信することとなる。しかしながら、上記した一般的な構成の誘電体パッチアンテナには低仰角方向からの垂直偏波に対する利得が低いという特性がある。このため、この誘電体パッチアンテナを使用したアンテナ装置には、低仰角方向からのディジタルラジオ信号に対する利得が低く、地上リピータからのディジタルラジオ信号に対する感度が低いという解決すべき問題点が存在する。
【０００８】
したがって、本発明の他の目的は、低仰角方向からのディジタルラジオ信号に対する利得の高いアンテナ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によるアンテナ装置は、一方の面に放射導体が形成され、他方の面に導体が形成されていない平板状の誘電体ブロックと、一方の面にグランドパターンが形成された基板とを備え、前記誘電体ブロックの前記他方の面と前記基板の前記一方の面とが対向するよう、前記誘電体ブロックが前記基板に固定されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、誘電体ブロックの他方の面にグランドパターンを設けることなく、プリント基板の一方の面に設けられたグランドパターンを利用していることから、製造時において誘電体ブロックの他方の面に対する加工が全く不要となる。これにより、製造工程を簡略化することが可能となる。
【００１１】
本発明によるアンテナ装置は、前記誘電体ブロックの前記他方の面と前記グランドパターンとを接着する接着部材をさらに備えることが好ましい。これによれば、誘電体ブロックの他方の面とグランドパターンとが対向した状態で、誘電体ブロックとプリント基板を機械的に固定することが可能となる。
【００１２】
また、前記基板の他方の面には信号配線パターンが形成されており、前記放射導体と前記信号配線パターンとは、前記誘電体ブロック及び前記基板を貫通して設けられた給電ピンを介して接続されていることが好ましい。これによれば、放射導体によって受信したディジタルラジオ信号を信号配線パターンに供給することが可能となる。
【００１３】
本発明において、前記誘電体ブロックの前記一方の面の面積は、前記放射導体の面積の１．７６倍以上であることが好ましい。これによれば、放送衛星からのディジタルラジオ信号（円偏波）に対する利得を確保しつつ、低仰角方向からのディジタルラジオ信号（垂直偏波）に対する利得を十分に高めることが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
このように、本発明によれば、製造時において誘電体ブロックの他方の面に対する加工が全く不要となることから、製造工程を簡略化することが可能となる。
【００１５】
また、誘電体ブロックの一方の面の面積を放射導体の面積の１．７６倍以上に設定すれば、放送衛星からのディジタルラジオ信号（円偏波）に対する利得を確保しつつ、低仰角方向からのディジタルラジオ信号（垂直偏波）に対する利得を十分に高めることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明の好ましい実施形態によるアンテナ装置１００の構造を示す略断面図である。
【００１８】
図１に示すように、本実施形態によるアンテナ装置１００は、誘電体ブロック１１０及びプリント基板１２０とを備えて構成されている。誘電体ブロック１１０の一方の面１１０ａには放射導体１１１が形成されているが、他方の面１１０ｂにはいかなる導体も形成されていない。したがって、誘電体ブロック１１０をプリント基板１２０に取り付ける前の状態では、誘電体ブロック１１０の他方の面１１０ｂはその全面が露出している。また、プリント基板１２０の一方の面１２０ａには大面積のグランドパターン１２１が形成されており、他方の面１２０ｂには信号配線パターン１２２が形成されている。
【００１９】
誘電体ブロック１１０の材料としては、目的とする周波数に応じて適宜選択すればよいが、目的とする周波数が例えば２．３３ＧＨｚである場合、比誘電率εｒが大きくなるに従って利得が低下し、比誘電率εｒが小さくなるに従って波長短縮率が低下する結果、放射導体１１１の一辺の長さを長くする必要が生じる。したがって、十分な利得を確保しつつ放射導体１１１の大型化を回避するためには、比誘電率εｒが２０〜２５程度の材料を用いて誘電体ブロック１１０を形成することが好ましい。比誘電率εｒが２０〜２５程度である材料としては、Ｍｇ−Ｃａ−Ｔｉ系誘電体セラミックを好ましく挙げることができる。Ｍｇ−Ｃａ−Ｔｉ系誘電体セラミックとしては、ＴｉＯ２、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＭｎＯ、ＳｉＯ２を含有するＭｇ−Ｃａ−Ｔｉ系誘電体セラミックを用いることが特に好ましい。
【００２０】
誘電体ブロック１１０及びプリント基板１２０には貫通孔１１０ｃ，１２０ｃがそれぞれ設けられており、放射導体１１１と信号配線パターン１２２は、この貫通孔１１０ｃ，１２０ｃに挿入された給電ピン１３０を介して電気的に接続されている。
【００２１】
また、誘電体ブロック１１０とプリント基板１２０は、接着部材１４０によって機械的に固定されている。具体的には、接着部材１４０の一方の面が誘電体ブロック１１０の他方の面１１０ｂと接し、接着部材１４０の他方の面がグランドパターン１２２と接しており、これによって、誘電体ブロック１１０の他方の面１１０ｂとプリント基板１２０の一方の面１２０ａとが対向するよう、これらが固定されている。これにより、プリント基板１２０の一方の面１２０ａに設けられたグランドパターン１２１が、放射導体１１１に対向するグランド面として機能することから、誘電体ブロック１１０の他方の面１１０ｂにグランドパターンを形成する必要が無くなり、その結果、製造工程を簡素化することが可能となる。
【００２２】
接着部材１４０の具体的な材料については、誘電体ブロック１１０とプリント基板１２０を機械的に固定可能である限り特に限定されないが、本発明では、放射導体１１１とグランドパターン１２１との距離がアンテナ特性に大きな影響を与えることから、厚みのばらつきが少ない材料を用いることが好ましい。このような材料としては、十分に薄い粘着テープを挙げることができる。
【００２３】
図２は、誘電体ブロック１１０の上面図である。
【００２４】
図２に示すように、誘電体ブロック１１０の一方の面１１０ａはほぼ正方形であり（他方の面１１０ｂも同様）、その略中央部に放射導体１１１が形成されている。放射導体１１１の平面形状もほぼ正方形であるが、各角部１１１ａ，１１１ｂは切り欠かれており、これによって、円偏波を発生させることが可能とされている。
【００２５】
ここで、誘電体ブロック１１０の一方の面１１０ａの一辺の長さをＬ１とし、放射導体１１１の一辺の長さをＬ２とした場合、本実施形態においては、
Ｌ１２／Ｌ２２≧１．７６
に設定されている。つまり、誘電体ブロック１１０の一方の面１１０ａの面積が、放射導体１１１の面積（角部１１１ａ，１１１ｂの切り欠きを考慮せず）の１．７６倍以上に設定されている。これを１．７６倍以上に設定することは一見無駄に思えるが、このように設定することにより、放送衛星からのディジタルラジオ信号（円偏波）に対する利得を確保しつつ、低仰角方向からのディジタルラジオ信号（垂直偏波）に対する利得を十分に高めることができる。但し、上記面積比（Ｌ１２／Ｌ２２）を大きくしすぎと、アンテナ装置１００全体が必要以上に大型化してしまうことから、１５倍以下に設定することが好ましい。
【００２６】
図３は、アンテナ装置１００を用いたアンテナユニット２００の外観を示す略透視斜視図である。
【００２７】
図３に示すアンテナユニット２００は、上述した構造を有するアンテナ装置１００と、アンテナ装置１００を載置する金属シャーシ２１０と、これらを収容する樹脂ケース２２０によって構成されている。図３に示すように、アンテナ装置１００を構成するプリント基板１２０の裏面（１２０ｂ）には増幅回路１２３が搭載されており、アンテナ装置１００が受信したディジタルラジオ信号は、増幅回路１２３により増幅され、ケーブル２３０を介してアンテナユニット２００の外部に出力される。
【００２８】
金属シャーシ２１０は、導電性を有する金属材料を用いて構成されており、例えば車体の表面に取付け可能に構成されている。金属シャーシ２１０は、車体に取り付けられた状態において、誘電体ブロック１１０を車体の表面から上方に離間させる役割を果たす。この場合、誘電体ブロック１１０と車体との距離を大きくすればするほど、低仰角方向からのディジタルラジオ信号（垂直偏波）に対する利得を増加させることができるが、その一方で、アンテナユニット２００の高さが高くなる。これらを考慮すれば、金属シャーシ２１０の厚さは３ｍｍ以上、１０ｍｍ以下に設定することが好ましい。
【００２９】
以上説明したように、本実施形態によるアンテナ装置１００は、誘電体ブロック１１０の一方の面１１０ａに設けられた放射導体１１１と、プリント基板１２０の一方の面１２０ａに設けられたグランドパターン１２１によって所望のアンテナ特性を得ていることから、誘電体ブロック１１０の他方の面１１０ｂにグランドパターンを形成する必要がない。このため、製造時において誘電体ブロック１１０の他方の面１１０ｂに対する加工が全く不要となることから、製造工程を簡略化することが可能となる。
【００３０】
しかも、本実施形態によるアンテナ装置１００では、誘電体ブロック１１０の一方の面１１０ａの面積（Ｌ１２）が、放射導体１１１の面積（Ｌ２２）の１．７６倍以上に設定されていることから、放送衛星からのディジタルラジオ信号（円偏波）に対する利得を確保しつつ、低仰角方向からのディジタルラジオ信号（垂直偏波）に対する利得を十分に高めることが可能となる。
【００３１】
本発明は、以上説明した実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【００３２】
例えば、上記実施形態によるアンテナ装置１００では、誘電体ブロック１１０及び放射導体１１１の平面形状を共に正方形としているが、誘電体ブロック１１０及び放射導体１１１の平面形状については、正方形を含め、例えば円形、楕円、多角形等の各種形状を採用しても構わない。
【００３３】
また、上記実施形態によるアンテナ装置１００では、プリント基板１２０の一方の面１２０ａに大面積のグランドパターン１２１を設けているが、グランドパターン１２１は少なくとも誘電体ブロック１１０の他方の面１１０ｂを覆っていれば足りる。
【実施例】
【００３４】
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこの実施例に何ら限定されるものではない。
【００３５】
［特性の評価１］
【００３６】
まず、一辺（Ｌ１）の長さが２５ｍｍ、厚さが４ｍｍである誘電体ブロック１１０を作成し、その一方の面１１０ａに、一辺（Ｌ２）の長さが１３ｍｍである放射導体１１１を形成した。誘電体ブロック１１０の他方の面１１０ｂには、いかなる導体も形成しなかった。
【００３７】
誘電体ブロック１１０の材料としては、ＴｉＯ２、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＭｎＯ、ＳｉＯ２を含有するＭｇ−Ｃａ−Ｔｉ系誘電体セラミック（εｒ＝２３）を用いた。また、放射導体１１１の対向する一対の角部１１１ａについては、切り欠きにより形成される辺が１．６ｍｍとなるよう切り欠きを設け、他の一対の角部１１１ｂについては、切り欠きにより形成される辺が０．４ｍｍとなるよう切り欠きを設けた。
【００３８】
また、給電ピン１３０は、誘電体ブロック１１０の中心から１．２ｍｍオフセットさせた位置に配設して、入出力インピーダンスを５０Ωに規定した。
【００３９】
プリント基板１２０の厚さは０．８ｍｍとし、その一方の面１２０ａに設けるグランドパターン１２１は、誘電体ブロック１１０に対して十分に広い面積（約３倍）とした。接着部材１４０としては厚さ０．１ｍｍの粘着テープを用いた。
【００４０】
以上が実施例によるアンテナ装置の構造である。
【００４１】
一方、誘電体ブロック１１０の他方の面１１０ｂの全面にグランドパターンを形成した他は、上記実施例と同様にして比較例によるアンテナ装置を作製した。
【００４２】
次に、実施例によるアンテナ装置及び比較例によるアンテナ装置の反射特性を測定した。測定の結果を図４及び図５に示す。図４は、実施例によるアンテナ装置の測定結果であり、図５は、比較例によるアンテナ装置の測定結果である。図４及び図５に示すように、両者の結果には実質的な差がなく、これにより、誘電体ブロック１１０の他方の面１１０ｂにグランドパターンを設けなくても、プリント基板１２０の一方の面１２０ａに設けられたグランドパターン１２１を利用して所望の特性が得られることが確認された。
【００４３】
［特性の評価２］
【００４４】
上記「特性の評価１」で用いた実施例によるアンテナ装置と同様の構成を有し、誘電体ブロック１１０の一辺の長さＬ１が１７．２ｍｍ、１９ｍｍ、２１ｍｍ、２３ｍｍ、２５ｍｍ、３０ｍｍ、３６ｍｍ、４０ｍｍ、５０ｍｍである複数のサンプルを作製した。放射導体１１１のサイズや誘電体ブロック１１０の厚みなどは、「特性の評価１」で用いた実施例によるアンテナ装置と同様である。したがって、各サンプルとも、誘電体ブロック１１０の他方の面１１０ｂにはいかなる導体も形成されていない。
【００４５】
次に、これら各サンプルのうち、誘電体ブロック１１０の一辺の長さＬ１が１７．２ｍｍ、１９ｍｍ、２１ｍｍ、２５ｍｍ、３０ｍｍ、４０ｍｍおよび５０ｍｍであるサンプルについて、水平方向（０度方向）の垂直偏波についての利得を３６０度に亘って所定角度ステップずつ送信アンテナの位置を変化させながら測定した。そして、３６０度に亘って測定した利得の平均値（垂直偏波平均利得）をサンプル毎に算出した。結果を図６の折れ線Ｗに示す。
【００４６】
次いで、上記したアンテナ装置の各サンプルのうち、誘電体ブロック１１０の一辺の長さＬ１が１７．２ｍｍ、１９ｍｍ、２１ｍｍ、２３ｍｍ、２５ｍｍ、３０ｍｍおよび３６ｍｍであるサンプルについて、金属シャーシ２１０を模した板状の金属モールド上に一つずつ載置すると共に、これらをグランド平板上に載置して、この状態での水平方向（０度方向）の垂直偏波についての利得を３６０度に亘って所定角度ステップずつ送信アンテナの位置を変化させつつ測定した。
【００４７】
金属モールドについては、厚みがそれぞれ３ｍｍ、６ｍｍおよび９ｍｍである３種類の金属モールドを用意し、すべてのサンプルについて各金属モールド上に載置した状態での垂直偏波の利得をそれぞれ測定した。続いて、３６０度に亘って測定した利得の平均値（垂直偏波平均利得）をサンプル毎に算出した。厚みが３ｍｍの金属モールドを用いたときの測定結果を図６の折れ線Ｘに、厚みが６ｍｍの金属モールドを用いたときの測定結果を同図中の折れ線Ｙに、厚みが９ｍｍの金属モールドを用いたときの測定結果を同図中の折れ線Ｚにそれぞれ示す。
【００４８】
図６に示すように、金属モールドを用いないとき、並びに、厚みが３ｍｍ、６ｍｍおよび９ｍｍの各金属モールドを用いたときのいずれにおいても、誘電体ブロック１１０の一辺の長さＬ１が増加するに従って垂直偏波平均利得が増加するのが確認された。
【００４９】
また、金属モールドの厚みを厚くするほど垂直偏波平均利得が高くなることも確認された。したがって、グランド平板上での誘電体ブロック１１０の設置高さを高くすることにより、誘電体ブロック１１０の面積を一定に維持しつつ、すなわちアンテナ装置の設置面積を変えずにアンテナ装置の垂直偏波平均利得が高められることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の好ましい実施形態によるアンテナ装置１００の構造を示す略断面図である。
【図２】誘電体ブロック１１０の上面図である。
【図３】アンテナ装置１００を用いたアンテナユニット２００の外観を示す略透視斜視図である。
【図４】実施例によるアンテナ装置の反射特性を示すグラフである。
【図５】比較例によるアンテナ装置の反射特性を示すグラフである。
【図６】誘電体ブロックのサイズと垂直偏波平均利得との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５１】
１００      アンテナ装置
１１０      誘電体ブロック
１１０ａ    誘電体ブロックの一方の面
１１０ｂ    誘電体ブロックの他方の面
１１０ｃ，１２０ｃ    貫通孔
１１１      放射導体
１１１ａ，１１１ｂ    放射導体の角部
１２０      プリント基板
１２０ａ    プリント基板の一方の面
１２０ｂ    プリント基板の他方の面
１２１      グランドパターン
１２２      信号配線パターン
１２３      増幅回路
１３０      給電ピン
１４０      接着部材
２００      アンテナユニット
２１０      金属シャーシ
２２０      樹脂ケース
２３０      ケーブル
【図１】
2005333218.tif 000003
【図２】
2005333218.tif 000004
【図３】
2005333218.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005333218.tif 000007
【図６】
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