(57)【要約】【課題】  小型化に好適でアンテナ素子どうしのアイソレーションも良好な複合アンテナを安価に提供すること。【解決手段】  複合アンテナ１は、誘電体基板２の片面に、第１の周波数帯で共振する放射導体３と、この放射導体３を全周に亘って包囲し第１の周波数帯よりも低周波な第２の周波数帯で共振する放射導体４とを配設し、かつ誘電体基板２の他面に、放射導体３に対応する接地導体８と、放射導体４に対応する接地導体９とを配設している。内側の放射導体３の給電点に給電ピン５を接続し、外側の放射導体４の給電点に給電ピン６を接続することにより、各放射導体３，４は１点給電で励振される円偏波アンテナの放射素子として動作する。また、外側の放射導体４の内周縁部の複数箇所を短絡ピン７を介して接地導体９と短絡させることにより、この放射導体４の給電点インピーダンスを調整している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１点給電によって第１の周波数帯で共振する第１の放射導体と、該第１の放射導体を所定間隔を存して全周に亘って包囲し、１点給電によって前記第１の周波数帯よりも低周波な第２の周波数帯で共振する第２の放射導体と、これら第１および第２の放射導体に対して略平行に配置された接地導体とを備え、前記第２の放射導体の内周縁部の複数箇所を前記接地導体と短絡させることによって該第２の放射導体の給電点インピーダンスを調整す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、前記第２の放射導体の内周縁部で該第２の放射導体の給電点近傍が前記接地導体と短絡させてあることを特徴とする複合アンテナ。
【請求項３】
請求項１または２の記載において、前記第１および第２の放射導体が誘電体基板の片面に形成した導体パターンからなると共に、前記接地導体が前記誘電体基板の他面に形成した導体パターンからなり、かつ、前記誘電体基板を貫通して前記第２の放射導体および前記接地導体に接続された複数の短絡ピンを備えていることを特徴とする複合アンテナ。
【請求項４】
請求項１または２の記載において、前記第１の放射導体が金属板からなり、その給電点から略直角に延出し給電ピンとして動作する金属片によって該第１の放射導体が支持されていると共に、前記第２の放射導体が金属板からなり、その内周縁部の複数箇所から略直角に延出し短絡ピンとして動作する複数の金属片によって該第２の放射導体が支持されていることを特徴とする複合アンテナ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項の記載において、前記第１の放射導体が５．８ＧＨｚ帯円偏波アンテナの放射素子であり、かつ、前記第２の放射導体が１．５ＧＨｚ帯円偏波アンテナの放射素子であることを特徴とする複合アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異なる周波数帯で動作する複数のアンテナ素子を一体化した複合アンテナに係り、特に、車載用等に好適な小型の複合アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、５．８ＧＨｚ帯の円偏波を使用するＥＴＣ（自動料金収受システム）用アンテナや、１．５ＧＨｚ帯の円偏波を使用するＧＰＳ（全地球測位システム）用アンテナを搭載した自動車が急速に増加している。しかしながら、単体のＥＴＣ用アンテナと単体のＧＰＳ用アンテナを別々に搭載すると、広い取付スペースが必要となり取付作業も煩雑になるため、従来より、複数種類のアンテナ素子を一体化した複合アンテナが種々提案されている。
【０００３】
かかる従来の複合アンテナの一例として、誘電体基板上にパターニングされる第１の放射導体と第２の放射導体を横並びの位置関係に設定して、各放射導体を別々に給電するという単純な構成のものもあるが、こうすると誘電体基板に広い面積が必要となるため小型化が困難となる。また、横並びで隣接するアンテナ素子どうしのアイソレーションが確保しにくいことから、所望なアンテナ特性を得るためには第１の放射導体と第２の放射導体を十分に離隔させなければならず、この点でも小型化には不利であった。
【０００４】
そこで従来、誘電体基板上に、第１の周波数帯で共振する第１の放射導体と、第１の放射導体を所定間隔を存して包囲し第２の周波数帯で共振する環状または枠状の第２の放射導体とをパターニングし、各放射導体を別々に給電するように構成した複合アンテナが提案されている（例えば、特許文献１参照）。ここで、第１の周波数帯は第２の周波数帯よりも高周波であり、例えば第１の周波数帯がＥＴＣ用の５．８ＧＨｚ帯であって、第２の周波数帯がＧＰＳ用の１．５ＧＨｚ帯である。このように概略構成された複合アンテナにおいて、第１の放射導体の中心と第２の放射導体の中心とを略合致させておけば、異なる周波数帯で動作する２種類のアンテナ素子どうしのアイソレーションが良好となるため、所望のアンテナ特性が得やすくなる。また、第１の放射導体の周囲に第２の放射導体を配置させているため、誘電体基板上の限られたスペースに第１および第２の放射導体を効率よく配置させることができ、小型化も図りやすくなる。
【特許文献１】特開２００３−１５２４３１号公報（第３−４頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、第１の放射導体の周囲に環状または枠状の第２の放射導体を配置させるという構成を採用することにより、アイソレーションや小型化を改善した複合アンテナを得ることは可能となるが、この種の複合アンテナにおいて第２の放射導体に給電ピン等を接続して１点給電を行おうとすると、インピーダンスが５０Ωとなる給電点が第２の放射導体内に存在しない可能性が高くなる。それゆえ、従来は、インピーダンス整合回路を別途形成して１点給電を行ったり、あるいは９０度位相差回路を別途形成して２点給電を行ったり、あるいは給電パターンを別途形成して電磁結合による給電を行っていたが、そうなると回路構成が複雑化したり多層基板が必要となるため、複合アンテナを安価に製造することができないという問題が発生する。
【０００６】
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、小型化に好適でアンテナ素子どうしのアイソレーションも良好な複合アンテナを安価に提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した目的を達成するため、本発明の複合アンテナでは、１点給電によって第１の周波数帯（例えばＥＴＣ用の５．８ＧＨｚ帯）で共振する第１の放射導体と、該第１の放射導体を所定間隔を存して全周に亘って包囲し、１点給電によって前記第１の周波数帯よりも低周波な第２の周波数帯（例えばＧＰＳ用の１．５ＧＨｚ帯）で共振する第２の放射導体と、これら第１および第２の放射導体に対して略平行に配置された接地導体とを備え、前記第２の放射導体の内周縁部の複数箇所を前記接地導体と短絡させることによって該第２の放射導体の給電点インピーダンスを調整するように構成した。
【０００８】
このように第２の放射導体の内周縁部の複数箇所が接地導体と短絡させてあると、該短絡箇所と給電点との距離などに応じて給電点インピーダンスが変化するため、適宜箇所を選択して短絡させることにより、第２の放射導体内にインピーダンスが５０Ωとなる給電点を設定することができる。その結果、インピーダンス整合回路を別途形成することなく１点給電を行うことができ、９０度位相差回路を別途形成する必要もなくなる。また、給電パターンを別途形成して電磁結合による給電を行う必要もなくなる。なお、複数の短絡箇所のうちの一つを第２の放射導体の給電点の近傍に位置させれば、給電点インピーダンスの調整が容易になるため好ましい。
【０００９】
かかる構成の複合アンテナは例えば誘電体アンテナであればよく、その場合、前記第１および第２の放射導体が誘電体基板の片面に形成した導体パターンからなると共に、前記接地導体が前記誘電体基板の他面に形成した導体パターンからなり、かつ、前記誘電体基板を貫通して前記第２の放射導体および前記接地導体に接続された複数の短絡ピンを備えていることが好ましい。
【００１０】
また、かかる構成の複合アンテナは板金アンテナであってもよく、その場合、前記第１の放射導体が金属板からなり、その給電点から略直角に延出し給電ピンとして動作する金属片によって該第１の放射導体が支持されていると共に、前記第２の放射導体が金属板からなり、その内周縁部の複数箇所から略直角に延出し短絡ピンとして動作する複数の金属片によって該第２の放射導体が支持されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の複合アンテナは、第１の放射導体を包囲する第２の放射導体の内周縁部を接地導体と短絡させることによって、該第２の放射導体の給電点インピーダンスを調整しているので、インピーダンス整合回路を別途形成することなく１点給電を行うことができて回路構成が複雑化せず、９０度位相差回路や多層基板も不要である。それゆえ、小型化に好適でアンテナ素子どうしのアイソレーションも良好な複合アンテナを安価に提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、発明の実施の形態を図面を参照して説明すると、図１は本発明の第１実施形態例に係る複合アンテナの平面図、図２は該複合アンテナの底面図、図３は該複合アンテナの要部断面図である。
【００１３】
図１〜図３に示す複合アンテナ１において、誘電体基板２の上面には、ＥＴＣ用の５．８ＧＨｚ帯で共振する正方形状の放射導体（パッチ電極）３と、この放射導体３を所定間隔を存して包囲しＧＰＳ用の１．５ＧＨｚ帯で共振する枠状の放射導体（パッチ電極）４とが、それぞれの中心を略合致させてパターニングされている。これらの放射導体３，４は銅箔等をエッチング処理して形成された導体パターンである。内側の放射導体３には対角線の両端部に相当する角部を切り欠いて形成された一対の縮退分離素子３ａが装荷されており、この放射導体３の給電点には給電ピン５の上端が接続されている。同様に、外側の放射導体４には対角線の両端部に相当する角部を切り欠いて形成された一対の縮退分離素子４ａが装荷されており、この放射導体４の給電点には給電ピン６の上端が接続されている。また、外側の放射導体４の正方形状の内周縁部には、その各辺の略中央にそれぞれ短絡ピン７の上端が接続されており、これら４本の短絡ピン７のうちの１本は放射導体４の給電点の近くに配置させてある。
【００１４】
一方、誘電体基板２の底面には、放射導体３と対向する位置に該放射導体３よりも若干大きい正方形状の接地導体８がパターニングされていると共に、放射導体４と対向する位置に該放射導体４よりも若干大きい枠状の接地導体９がパターニングされており、この外側の接地導体９の４箇所に前記短絡ピン７が接続されている。これらの接地導体８，９は銅箔等をエッチング処理して形成された導体パターンである。ただし、誘電体基板２の底面で給電ピン５，６が貫通する箇所とその近傍は接地導体８，９の存しない無導体領域となっている。誘電体基板２の底面側には鎖線で示すＬＮＡ（低雑音増幅）回路基板１０が取り付けられ、そのＬＮＡ回路のポートに給電ピン５，６の下端が接続される。
【００１５】
このように構成された複合アンテナ１は、給電ピン５を介して給電される内側の放射導体３が、共振周波数が５．８ＧＨｚ帯の円偏波アンテナ（ＥＴＣ用アンテナ）の放射素子として動作する。また、給電ピン６を介して給電される外側の放射導体４が、共振周波数が１．５ＧＨｚ帯の円偏波アンテナ（ＧＰＳ用アンテナ）の放射素子として動作する。そして、誘電体基板２上において内側の放射導体３の中心と外側の放射導体４の中心とが略合致させてあるため、異なる周波数帯で動作するこれら２種類のアンテナ素子（ＥＴＣ用アンテナとＧＰＳ用アンテナ）どうしのアイソレーションは良好であり、所望のアンテナ特性が得やすくなっている。また、放射導体３の周囲に放射導体４を配置させているため、誘電体基板２上の限られたスペースに両放射導体３，４を効率よく配置させることができ、複合アンテナ１の小型化が実現されている。
【００１６】
また、この複合アンテナ１では、放射導体４の内周縁部の４箇所にバランスよく短絡ピン７を配設して該放射導体４を接地導体９と短絡させてあるため、インピーダンスが５０Ωとなる給電点が放射導体４内に設定されている。すなわち、短絡ピン７が存しないと仮定した場合、放射導体４の給電点は図１中のＡ部になってしまうため、１点給電を行うためにはインピーダンス整合回路を別途形成しなければならない。さもなくば、９０度位相差回路を別途形成して２点給電を行うか、給電パターンを別途形成して電磁結合による給電を行う必要がある。いずれにせよ、回路構成の複雑化や多層基板の使用を余儀なくされるため、製造コストは大幅に上昇してしまう。しかるに、短絡ピン７を付設すると短絡箇所と給電点との距離などに応じて給電点インピーダンスが変化するため、適宜箇所を選択して短絡ピン７を付設することにより、放射導体４内にインピーダンスが５０Ωとなる給電点を設定することが可能となる。特に、本実施形態例のように、短絡ピン７のうちの１本を放射導体４の給電点の近傍に配置させれば、給電点インピーダンスが調整しやすくなるため設計が容易になる。その結果、小型化に好適でアンテナ素子どうしのアイソレーションも良好な複合アンテナ１を安価に製造することができる。
【００１７】
なお、内側の放射導体３を、縮退分離素子３ａとして切欠き部や突起部等を付設した円形状に形成してもよく、その場合、外側の放射導体４は、縮退分離素子４ａとして切欠き部や突起部等を付設した環状に形成しておくことが好ましい。
【００１８】
図４は本発明の第２実施形態例に係る複合アンテナの要部断面図である。同図に示す複合アンテナ１１は、放射導体や短絡ピン等を金属板にて形成した点が前述した第１実施形態例と大きく異なっている。すなわち、この複合アンテナ１１の場合、金属板からなる内側の放射導体１２は前記放射導体３と平面視形状は同等（正方形状）であるが、放射導体１２の給電点を折り返し部として略直角に下方へ延びる金属片１３が突設されており、この金属片１３が給電ピンとして動作するようになっている。また、金属板からなる外側の放射導体１４は前記放射導体４と平面視形状は同等（枠状）であるが、放射導体１４の内周縁部の複数箇所を折り返し部として略直角に下方へ延びる複数の金属片１５が突設されており、これらの金属片１５が短絡ピンとして動作するようになっている。なお、図示はしていないが、放射導体１４の給電点から下方へ延びて給電ピンとして動作する金属片も一体形成されている。
【００１９】
放射導体１２，１４は回路基板２０上の所定の高さ位置に配置されており、この回路基板２０の上面には、放射導体１２と対向する領域に接地導体１６がパターニングされていると共に、放射導体１４と対向する領域に接地導体１７がパターニングされている。また、回路基板２０の底面には図示せぬＬＮＡ回路が配設されており、このＬＮＡ回路のポートに金属片（給電ピン）１３の下端部が半田付けされている。これにより、内側の放射導体１２は、その中央付近から下方へ延びる金属片１３によって安定的に支持されることになる。また、複数の金属片（短絡ピン）１５はいずれも接地導体１７に半田付けされているので、外側の放射導体１４は、その内周縁部の複数箇所から下方へ延びる金属片１５によって安定的に支持されることになる。このように板金製の複合アンテナ１１は、誘電体基板が省略できるのみならず、放射導体１２，１４や金属片１３，１５等がプレス加工によって簡単に形成できるため、極めて安価に製造することができる。
【００２０】
なお、上述した各実施形態例では、２種類のアンテナ素子どうしのアイソレーションを高めるために、内側の放射導体３（１２）に対応する接地導体８（１６）と、外側の放射導体４（１４）に対応する接地導体９（１７）とを離隔させているが、両接地導体８，９（１６，１７）が連続する一体の接地導体であっても複合アンテナとして動作させることはできる。
【００２１】
また、これらの実施形態例において、外側の放射導体４（１４）の周囲にさらに別の放射導体を配設することにより、３種類の異なる周波数帯で動作する複合アンテナを作製することもできる。すなわち、放射導体３（１２）を包囲する放射導体４（１４）の周囲に、間隔を存して放射導体４（１４）を包囲し１点給電によってＧＰＳ用の１．５ＧＨｚ帯よりも低い周波数帯で共振する第３の放射導体を配設すればよく、この場合も第３の放射導体の内周縁部の複数箇所を接地導体と短絡させることによって、該第３の放射導体の給電点インピーダンスを調整することができるので、アイソレーションが良好な３種類の周波数帯で動作する小型の複合アンテナを安価に製造することが可能となる。
【００２２】
なお、本発明はＥＴＣ用アンテナやＧＰＳ用アンテナに限定されるものではなく、円偏波アンテナに限定されるものでもない。例えば、ＶＩＣＳ（道路交通情報通信システム）用の直線偏波アンテナを組み込んだ複合アンテナに本発明を適用した場合にも、上述した各実施形態例とほぼ同様の効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態例に係る複合アンテナの平面図である。
【図２】該複合アンテナの底面図である。
【図３】該複合アンテナの要部断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態例に係る複合アンテナの要部断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１，１１  複合アンテナ
２  誘電体基板
３，１２  放射導体（第１の放射導体）
４，１４  放射導体（第２の放射導体）
５，６  給電ピン
７  短絡ピン
８，９，１６，１７  接地導体
１０  ＬＮＡ回路基板
１３  金属片（給電ピン）
１５  金属片（短絡ピン）
２０  回路基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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