(57)【要約】【課題】簡単且つ安価に最適化する。【解決手段】 導電体からなる四角形の平板状に形成されて，受信した位相の異なる信号を２個の給電点からそれぞれ出力する円偏波用のアンテナ本体部と，該アンテナ本体部の前記各給電点から入力された前記位相の異なる２個の信号をそれぞれ同位相となるように位相を変換，合成して合成信号を出力する移相器と，を同一の板状の基板上に備えて電波の送受信を行うアンテナにおいて，  アンテナ本体部の基板裏面には，アンテナ本体部より大きい略相似形で，前記アンテナ本体部より外側となる位置に，アンテナ本体部の所定の一辺に対して並行に所定長を有して沿うように第１欠損部を備えた第１グランド部と，前記第１グランド部の全周若しくは一部から外側に延設され，前記アンテナ本体部の前記所定の一辺に接する一方の辺に対して並行に所定長を有して沿うように第２欠損部を備えた第２グランド部が設けらる。【選択図】  図２
2007081871.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電体からなる四角形の平板状に形成されて，受信した位相の異なる信号を２個の給電点からそれぞれ出力する円偏波用のアンテナ本体部と，該アンテナ本体部の前記各給電点から入力された前記位相の異なる２個の信号をそれぞれ同位相となるように位相を変換するとともに，２個の信号を合成した合成信号を出力する移相器と，を同一の板状の基板上に備えて電波の送受信を行うアンテナにおいて，
前記アンテナ本体部が形成された基板裏面には，アンテナ本体部より所定の寸法だけ大きい略相似形で，前記アンテナ本体部より外側となる位置に，アンテナ本体部の所定の一辺に対して並行に所定長を有して沿うように配設した第１欠損部を備えた第１グランド部と，前記第１グランド部の全周若しくは一部から外側に延設され，前記アンテナ本体部の前記所定の一辺に接する一方の辺に対して並行に所定長を有して沿うよう配設した第２欠損部を備えた第２グランド部が設けられたこと，
を特徴とするアンテナ。
【請求項２】
前記位相器は，前記第２グランド部をなす導電体に形成したことを特徴とした請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
電波を送受信するアンテナを備えて，前記電波を用いて外部とのデータ送受信を行う通信装置において，前記アンテナは，請求項１乃至請求項２の何れか一項に記載のアンテナであること，を特徴とする通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，アンテナ本体部と移相器とを備えて円偏波により電波を送受信するアンテナ，このアンテナに用いる移相器，およびこのアンテナを用いて外部とのデータ送受信を行う通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来例に示す，導電体からなる四角形の平板状に形成された円偏波用のアンテナ本体部と，アンテナ本体部から入力された位相の異なる２個の信号を合成した合成信号を出力する移相器とを備えて，電波の送受信を行うアンテナにおいては，移相器が，アンテナ本体部の四角形角部近傍の形状に沿った略Ｖ字形に形成されると共に，略Ｖ字形状の頂点内側がアンテナ本体部の四角形角部に対向するように，アンテナ本体部と略同一平面上に配置されている。つまり移相器は，アンテナ本体部の四角形角部近傍の形状に沿った略Ｖ字形に形成されていることから，アンテナ本体部に近接した位置に配置することができ，このような移相器を備えるアンテナは，移相器とアンテナ本体部との間に無駄な空間が形成されるのを防ぐことができることから，無駄な空間を排除することで，アンテナ本体部および移相器の実質的な占有面積を縮小することができ，アンテナを小型化することができる。
また，本発明のアンテナは，移相器をアンテナ本体部の四角形角部近傍に配置する構造であることから，アンテナ本体部の周囲の電界への影響を小さくすることができ，移相器によるアンテナ特性への影響を抑えることができるので，移相器を備えるにあたり，移相器によるアンテナ本体部のアンテナ特性への影響を抑えつつ，占有面積の縮小を図ることができる。
また，アンテナ本体部を四角形に形成するにあたり，より良好に電波の送受信を行うためには，縦方向および横方向の寸法が等しい正方形に形成することが望ましい。つまり，アンテナ本体部を縦方向および横方向の寸法が等しい断面形状に形成することで，縦方向および横方向のそれぞれで検出する電波の周波数帯域を一致させることができ，円偏波による電波の送受信をより精度良く行うことが可能となる。
なお，本発明のアンテナを使った機器としては，例えば，ＤＳＲＣ（Ｄｅｄｉｃａｔｅｄ  Ｓｈｏｒｔ  Ｒａｎｇｅ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎの略であり，「専用狭域通信」と訳される。）と呼ばれる通信方式を用いて路側機（路側に設置された無線装置）と車載器（車両に搭載された無線装置）の間で無線通信を行う，ノンストップ自動料金収受・ロードプライシングシステム（ＥＴＣ（Electronic Toll Collection）システムやＥＲＰ（Electronic Road Pricing ）システムなど）における車載器が挙げられる。この車載器は，設置スペースが限られている車両に搭載されることから，小型化に対する要求が高いが，本発明のアンテナを備えて構成することで，小型化を図ることができる。また，小型化と共に，アンテナ特性への影響を抑えることができ，データの送受信を精度良く行うことができるようになる。
（例えば，特許文献１参照）
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１３３８４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
加えて，上記ＥＴＣシステムやＥＲＰシステムの技術をベースに，ＥＴＣシステムやＥＲＰシステムに利用している車載器を利用して，駐車券等を使って入・出管理を行う替わりにＩＣカードにて駐車料金の決済が可能なＥＰＳ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｐａｒｋｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）がある。
ところで，ＥＴＣ，ＥＲＰシステムにおける道路側に設置するアンテナは，車両の特定を目的とすることから，車線幅方向に放射パターンが狭く，車両を特定するための通信時間を確保するために進行方向に放射パターンが広くなるように構成されている。
これに対して，ＥＰＳにおける駐車場側に設置するアンテナは，アンテナの設置場所が限定されるばかりでなく，入・出する車と確実に通信を行うだけでなく，駐車中の車とは通信しないようにアンテナの通信領域は，車線方向に放射パターンが広がるように構成されている。
そして，何れのシステムに対しても，車載器は今まで使用していた物で対応するようにシステムが構築されていた。
そこで，システムによって道路側・駐車場側のアンテナの設置場所が違ったり，放射パターンも僅かに違ったりするのに対応するように，車載器（即ち，車載器に搭載されたアンテナの特性）を最適なもの設計変更すれば，より安定した通信ができるのである。
しかしながら，アンテナ部分の大幅な変更は開発費が掛かり製品コストのアップとなるばかりでなく，変更内容に対して納品先の認証を得るために，新規設計に係る部分の相当量のデータを取る必要が生じるばかりでなく，この変更に伴う信頼性の評価にも時間が掛かり製品が短時間では完成できないと言った問題があった。 
そこで本発明はこうした問題点を解決するためになされたものであり，
その目的は，アンテナの性能，特に指向性を簡単且つ安価に最適化したアンテナを提供する事にある
他の目的は，ノンストップ自動料金収受システム等の多様なシステムに対応可能に最適化したアンテナを提供する事にある。
他の目的は，ノンストップ自動料金収受システム等の多様なシステムに対応可能に最適化されたアンテナを備えた通信装置を提供する事にある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために，請求項１の発明は， 導電体からなる四角形の平板状に形成されて，受信した位相の異なる信号を２個の給電点からそれぞれ出力する円偏波用のアンテナ本体部と，該アンテナ本体部の前記各給電点から入力された前記位相の異なる２個の信号をそれぞれ同位相となるように位相を変換するとともに，２個の信号を合成した合成信号を出力する移相器と，を同一の板状の基板上に備えて電波の送受信を行うアンテナにおいて，
前記アンテナ本体部が形成された基板裏面には，アンテナ本体部より所定の寸法だけ大きい略相似形で，前記アンテナ本体部より外側となる位置に，アンテナ本体部の所定の一辺に対して並行に所定長を有して沿うように配設した第１欠損部を備えた第１グランド部と，前記第１グランド部の全周若しくは一部から外側に延設され，前記アンテナ本体部の前記所定の一辺に接する一方の辺に対して並行に所定長を有して沿うよう配設した第２欠損部を備えた第２グランド部が設けた。
【０００６】
請求項２の発明は，請求項１に記載のアンテナにおいて，前記位相器は，前記第２グランド部をなす導電体に形成した。
【０００７】
請求項３の発明は，電波を送受信するアンテナを備えて，前記電波を用いて外部とのデータ送受信を行う通信装置において，前記アンテナは，請求項１乃至請求項２の何れか一項に記載のアンテナを用いた。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１の発明によれば，導電体からなる四角形の平板状に形成されて，受信した位相の異なる信号を２個の給電点からそれぞれ出力する円偏波用のアンテナ本体部と，該アンテナ本体部の前記各給電点から入力された前記位相の異なる２個の信号をそれぞれ同位相となるように位相を変換するとともに，２個の信号を合成した合成信号を出力する移相器と，を同一の板状の基板上に備えて電波の送受信を行うアンテナにおいて，
前記アンテナ本体部が形成された基板裏面には，アンテナ本体部より所定の寸法だけ大きい略相似形で，前記アンテナ本体部より外側となる位置に，アンテナ本体部の所定の一辺に対して並行に所定長を有して沿うように配設した第１欠損部を備えた第１グランド部と，前記第１グランド部の全周若しくは一部から外側に延設され，前記アンテナ本体部の前記所定の一辺に接する一方の辺に対して並行に所定長を有して沿うよう配設した第２欠損部を備えた第２グランド部が設けたので，
アンテナ本体部などを大幅に変更を加えることなく，僅かな変更で，簡単且つ安価で短時間の間にアンテナの性能，特に指向特性を最適化でき，延いては開発費等のコストを削減できる。加えて，変更点が僅かであることから信頼性評価も簡単にできる。
【０００９】
請求項２の発明によれば，請求項１に記載のアンテナにおいて，前記位相器は，前記第２グランド部をなす導電体に形成したので，
アンテナの小型化が実現できる。
【００１０】
請求項３の発明によれば，電波を送受信するアンテナを備えて，前記電波を用いて外部とのデータ送受信を行う通信装置において，前記アンテナは，請求項１乃至請求項２の何れか一項に記載のアンテナを用いたので，
ＥＴＣ，ＥＲＰに加え，駐車場の入・出管理を行うＥＰＳにも安定して通信を行うことができる通信装置（車載器）を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に，本発明の実施例を図面を用いて説明する。図１（ａ）は，本発明が適用された車載器１の概略構成図である。なお，この車載器は，ＥＰＳに加えてＥＴＣ，ＥＲＰにおいて，車両に搭載されて，駐車場に設置された機器若しくは道路などに設置された路側器との間で電波の送受信を行う通信機器である。
【実施例１】
【００１２】
図１（ａ）に示すように，車載器１は，ＲＦ基板１１と，デジタル基板１３と，表示部１５（ＬＣＤ回路基板１５）とを備えており，ＲＦ基板１１とデジタル基板１３とが第１通信ケーブルＣＡ１を介して接続されており，デジタル基板１３とＬＣＤ回路基板１５とが第２通信ケーブルＣＡ２を介して接続されている。なお，ＥＲＰ車載器１には，図１では図示を省略しているが，カードホルダとブザーも備えられており，カードホルダは第３通信ケーブルを介してデジタル基板１３に接続され，ブザーは第４通信ケーブルを介してデジタル基板１３に接続されている。
【００１３】
ＲＦ基板１１は，部品面とアンテナ面とを有するＰＴＦＥまたはＢＴレジンＲＦ基板により形成されており，部品面に移相器２３（カップラともいう）および信号変換回路２５が装着され，部品面の反対側のアンテナ面にアンテナ本体部２１が装着されている。
なお，図１（ａ）では，ＲＦ基板１１のうち部品面における概略構成図を記載しており，図１（ｂ）では，ＲＦ基板１１のうちアンテナ面における概略構成図を記載している。なお，アンテナ本体部２１および移相器２３が，アンテナ２０を形成している。
また，移相器２３として，ブランチライン形のハイブリッド回路（３ｄＢ方向性結合器）について説明したが，この他に，ラットレース形のハイブリッド回路やハイブリッドリング形のハイブリッド回路，ウイルキンソン型の移相合成器などを移相器として適用することもできる。
【００１４】
ここで，アンテナ２０の構成について説明する。アンテナ本体部２１は，導電体からなる正方形の平板状に形成されており，受信した電波から検出した位相の異なる信号を出力する２個の給電点２１ａ，２１ｂを有している。また，アンテナ本体部２１の中央位置には，基板を貫通して形成されるスルーホールを介して，基板裏面に設けられたグランド部と電気的に接続されるアース点２１ｃが設けられている。そして，アンテナ本体部２１は，有料道路の料金所ゲートアンテナ（路側器）から送出される２．４０〜２．４４［ＧＨｚ］のＡＳＫ（Amplitude shift keying）信号を受信し，また，２．４０〜２．４４［ＧＨｚ］のＰＳＫ（Phase shift keying）信号を送出するように構成されている。なお，アンテナ本体部２１は，マイクロストリップラインを用いたパッチアンテナで構成されており，右旋円偏波により電波の送受信を行う。また，無線通信方式は，半二重通信である。
なお，アンテナ本体部２１は円偏波に対応したものであるので，特に右旋偏波に限定されるものでなく左旋偏波にも利用できる。
【００１５】
アンテナ本体部２１の基板裏面に設けられたグランド部は，一般的に地導体若しくは地板などと称されるものであり，本発明の実施例では，アンテナ本体部より所定の寸法だけ大きい略相似形で，前記アンテナ本体部より外側となる位置に，アンテナ本体部の所定の辺１２１に対して並行に所定長を有して沿うように配設した第１欠損部３１ａを備えた第１グランド部３１と，前記第１グランド部３１から外側に延設され，前記アンテナ本体部２１の前記所定の辺１２１に接する一方の辺２２１に対して並行に所定長を有して沿うよう配設した第２欠損部３２ａを備えた第２グランド部３２とからなるように設けられている。
【００１６】
なお，本発明の実施例においては，図２に示すように，電波の送受信方向に透視した場合のアンテナ本体部２１と移相器２３との間隙Ｐ１は，３．９［ｍｍ］に設定されており，送受信する電波の線路内波長をλｇとした場合の長さ（λｇ／１６）よりも短い値に設定されている。これに対して基板裏面に設けられた第１グランド部３１は，コネクタ本体部２１の辺２２１と辺３２１における移相器２３に沿う部分がアンテナ本体部２１より略２［ｍｍ］外方向となる位置にあり，移相器２３に沿う部分を除いた部分が，コネクタ本体部２１より略５［ｍｍ］外方向に広く成るように設けられており，コネクタ本体部２１の辺１２１側には略１０［ｍｍ］幅に形成した第１欠損部が形成されている。
また，この実施例では第２グランド部３２は，アンテナ本体部２１の辺２２１側と，アンテナ本体部２１の辺３２１側の第１グランド部３１から外方向に向かって延設されており，辺２２１側には略１３．５［ｍｍ］幅に形成された第２欠損部３２ａが形成されている。また，移相器２３は，前記第２グランド部をなす導電体に，アンテナ本体部２１の四角形角部近傍の形状に沿った略Ｖ字形に形成されると共に，移相器２３の略Ｖ字形状の頂点内側がアンテナ本体部２１の四角形角部に対向するように，移相器２３とアンテナ本体部２１とが同一のＲＦ基板１１に配置されてアンテナ２０が形成されている。
【００１７】
次に，このアンテナの移相器２３は，アンテナ本体部２１の第１給電点２１ａおよび第２給電点２１ｂから入力された位相の異なる２個の信号Ｓａ，Ｓｂをそれぞれ同位相となるように位相を変換し，位相変換後の２個の信号Ｓａ，Ｓｂを，交差偏波特性や軸比に悪影響を及ぼすこと無く合成した合成信号Ｓｍを出力する。
【００１８】
次に，合成信号は信号変換回路２５に入力される。この信号変換回路２５はアンテナからの構成信号をデジタル基板１３にて処理できるように信号処理したり，デジタル基板１３からの信号をアンテナから送出できるように信号処理したりするためのものである。
デジタル基板１３は図示されていないが中央演算処理装置を主体に構成されており，第１通信ケーブルＣＡ１を介してＲＦ基板１１から受信信号（ＲＸデータ信号）を取り込み，受信信号から車載器確認信号，道路通行料金，料金所ゲート位置などの情報を取り出す。また，中央演算処理装置は，車載器確認信号，車両情報，ＩＣカード情報などを含む送信信号（ＴＸデータ信号）を，第１通信ケーブルＣＡ１を介してＲＦ基板１１に対して出力する。さらに，中央演算処理装置は，車載器の所有者氏名，車両データ，過去の道路通行料金・日付・時間などの情報を蓄積するためのメモリを備えている。第２通信ケーブルＣＡ２を介して接続された表示部１５には，前記中央演算処理装置の指示に基づいて各種情報が表示されるように構成されている。
【００１９】
このように構成された車載器１に備えられるアンテナ２０は，アンテナ本体部２１と移相器２３とが相互に影響しあってアンテナ特性に悪影響を与えるのを押えつつ，占有面積の縮小が図れている。つまり，アンテナ本体部２１は，縦方向および横方向の寸法が等しい正方形に形成されていることから，縦方向および横方向のそれぞれで検出する電波の周波数帯域を一致させることができ，円偏波による電波の送受信をより精度良く行うことが可能であり，これに対して移相器２３は，アンテナ本体部２１の四角形角部近傍の形状に沿った略Ｖ字形に形成されていることから，アンテナ本体部２１との隙間を小さくして，アンテナ本体部２１に近接した位置に配置することができる。このような移相器２３を備える本実施例のアンテナ２０は，移相器２３とアンテナ本体部２１との間に無駄な空間が形成されるのを防ぐことができる。このように，無駄な空間を排除することで，アンテナ本体部２１および移相器２３の実質的な占有面積を縮小することができ，アンテナ２０を小型化することができる。
【００２０】
また，移相器２３をアンテナ本体部２１の四角形角部近傍に配置する構造であることから，アンテナ本体部２１の周囲の電界への影響を小さくすることができ，移相器２３によるアンテナ本体部２１のアンテナ特性への影響を抑えることができる。
更に，このように構成された移相器２３とアンテナ本体部２１との相対的位置や，アンテナ本体部２１の形状を従来から全く変えることなく，グランド部の所定位置に欠損部を形成するだけでアンテナ特性の最適化がなされ，これに伴う開発期間を短くできるし開発費も少なくて済む。
【００２１】
この結果，本実施例のＥＲＰ車載器１は，小型で高性能であると言った従来からの特長を維持しつつ，ＥＴＣ，ＥＲＰシステムに加えてＥＰＳ等のＤＳＲＣによる通信方式に対してアンテナが最適化されることになり，これによって各種システムにおけるデータ送受信の精度向上が図れ安定した動作を実現することができるのである。
ここで，本発明のアンテナと従来例に示すアンテナの特性を実測したデータを図３に示す。図３（ａ）は本発明のアンテナの右旋偏波に対する垂直面指向特性であり，（ｂ）は水平面指向特性である。図４（ａ）は従来のアンテナの右旋偏波に対する垂直面指向特性であり，（ｂ）は水平面指向特性である。図５は（ａ）本発明のアンテナの測定値であり，（ｂ）は従来のアンテナの測定値である。
尚，これらのデータは，ＲＦ基板１１を図５（ｃ）ような状態（車載器としては図に示す前方が車の前方向に向くように載置される。）においたときを基準とし，この状態においてＡ−Ａ線方向の特性を垂直面指向特性とし，Ｂ−Ｂ線方向の特性を水平面指向特性とした。
【００２２】
このデータによれば，本発明のような構成のアンテナは，従来のアンテナと比べて，アンテナ利得が所要帯域の高域側で改善され帯域内でフラットな安定した利得となっている。
水平面指向性は従来のアンテナと比べ半値角が略５°広くなっている。
垂直面指向性は従来のアンテナと比べ半値角が略１０°広くなった。また特に垂直面指向性のピークが従来のアンテナでは略真上にあるが，本発明の構成のアンテナではピークが略１０°前方にある。
【００２３】
つまり，本発明のアンテナ構成にすれば，アンテナ本体部２１などを大幅に変更を加えることなく，僅かな変更で，簡単且つ安価で短時間の間にアンテナの性能，特に指向特性を最適化でき，加えて，アンテナ本体部２１，移相器２３等のアンテナの基本となる重要構成要素に変更を加えることなく，グランド部に欠損部を形成するだけで済むので，格別にアンテナの信頼性に与える影響も極めて少ないことから評価も簡単にでき，延いては開発費・開発期間が大幅に削減できるのである。
更にこのアンテナを用いた車載器によれば，アンテナの使用帯域内における高域側の利得を上げ，帯域内の利得偏差がフラットに改善できると共に，指向性を広くすることができる。特に指向性においては垂直面の指向性を広くするばかりでなく，その指向性のピークを前方に向けることによって，放射パターンの異なる道路側のアンテナ（ＥＴＣ，ＥＲＰ）と駐車場に設置されたアンテナ（ＥＰＳ）からの電波を捕まえ易くすると共に，幅広い通信領域を有することで通信時間を確実に確保でき，安定したＤＳＲＣシステムの運用が実現できるのである。
尚，本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく，各部の構成を適宜に変更して実施することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】（ａ）は車載器の概略構成図であり，（ｂ）はＲＦ基板のアンテナ面における概略構成図である
【図２】はＲＦ基板のグランド面における拡大概略構成図である。
【図３】（ａ）は本発明のアンテナの右旋偏波に対する垂直面指向特性であり，（ｂ）は水平面指向特性である。
【図４】（ａ）は従来のアンテナの右旋偏波に対する垂直面指向特性であり，（ｂ）は水平面指向特性である。
【図５】（ａ）本発明のアンテナの測定値であり，（ｂ）は従来のアンテナの測定値である。（ｃ）はこれらのデータを取得するときのＲＦ基板１１（車載器としては図に示す前方が車の前方向に向くように載置される。）の状態を示す。
【符号の説明】
【００２５】
１…ＥＲＰ車載器，１１…ＲＦ基板，１３…デジタル基板，１５…表示部（ＬＣＤ回路基板），２０…アンテナ，２１…アンテナ本体部，２１ａ…第１給電点，２１ｂ…第２給電点，２１ｃ…アース点，２３…移相器，２５…信号変換回路，３１…第１グランド部，３１ａ…第１欠損部，３２…第２グランド部，３２ａ…第２欠損部，１２１，２２１，３２１，４２１…アンテナ本体部の辺，ＣＡ１…第１通信ケーブル，ＣＡ２…第２通信ケーブル，Ｐ１…アンテナ本体部と移相器の間隙，Ｒ１…ダミー用抵抗。
【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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