(57)【要約】【課題】構成の簡単な変更で複数の周波数に対応できるアンテナ装置を提供する。【解決手段】アンテナ装置１は、放射導体２と、前記放射導体２を配置する第１接地導体３と、前記第１接地導体３に対して垂直に配置され、前記放射導体２を囲む板状に形成された第２接地導体４と、を備える。第２接地導体４は、第１接地導体３に対して取外し可能に固定される。第２接地導体４を設置することで、アンテナ装置１は、第２接地導体４を設置していない状態より高い周波数の電波を受信することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射導体と、
前記放射導体が配置される第１接地導体と、
前記第１接地導体に対して垂直に配置され、前記放射導体を囲む板状の第２接地導体と、
を備えることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のアンテナ装置であって、
前記第２接地導体は、前記第１接地導体に対して取外し可能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３】
請求項１又は２に記載のアンテナ装置であって、
前記第２接地導体は回転対称であることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項４】
請求項１から３までの何れか一項に記載のアンテナ装置であって、
前記第２接地導体は４回回転対称であることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項５】
請求項１から４までの何れか一項に記載のアンテナ装置であって、
前記第１接地導体に垂直な方向での第２接地導体の寸法が、前記第１接地導体において前記放射導体が配置される面と、前記放射導体において前記第１接地導体と反対側を向く面と、の距離より長く形成されていることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項６】
請求項１から５までの何れか一項に記載のアンテナ装置であって、
前記第１接地導体に対して前記放射導体が配置された側に、前記第１接地導体と離して配置された第３接地導体を更に備えることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項７】
請求項６に記載のアンテナ装置であって、
前記第３接地導体の外形は、前記第１接地導体の外形と対応する形状に形成され、前記第１接地導体と平行に配置されていることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項８】
請求項６又は７に記載のアンテナ装置であって、
前記第２接地導体は、前記第１接地導体と前記第３接地導体との間で前記第１接地導体と垂直に配置されており、
前記第１接地導体と、前記第２接地導体と、前記第３接地導体とからなるチョーク構造を有することを特徴とするアンテナ装置。
【請求項９】
請求項６から８までの何れか一項に記載のアンテナ装置であって、
前記第３接地導体には、切込みが形成されていることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項１０】
請求項１から９までの何れか一項に記載のアンテナ装置と、
ＧＮＳＳ受信機と、
を備えることを特徴とするＧＮＳＳ受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として円偏波を対象とするアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
衛星を用いた測位システムや放送システムにおいては、従来から、電離層を通過するマイクロ波帯の電波が用いられており、このようなシステムとしては、例えば全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ：Ｇｌｏｂａｌ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  Ｓｙｓｔｅｍ）がある。ＧＮＳＳとしてはＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）が良く知られており、ＧＰＳの信号を用いるアンテナ装置等が広く普及している。
【０００３】
特許文献１は、パッチアンテナからなるＧＰＳ用アンテナ装置を開示する。この特許文献１のアンテナ装置は、複数の接地導体と、前記接地導体の一部に誘電体を介して設けられた放射導体と、を備え、前記複数の接地導体の少なくとも１つに切込みが前記放射導体と対面する領域の外側に形成された構成となっている。特許文献１は、この構成により、アンテナ装置全体の感度を一定のレベルに保ちつつ背面利得を低減させることができるとする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３０６３６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、衛星測位システムの一層の普及、拡大に伴って、ＧＰＳ以外の衛星測位システムであるＧａｌｉｌｅｏ又はＧＬＯＮＡＳＳの電波信号を用いる位置認識システムが各国で開発されている。上記のＧＬＯＮＡＳＳで使われる電波の周波数は、ＧＰＳの使用周波数帯である１．５７５４２ＧＨｚと若干異なっており、例えば、１．６ＧＨｚ付近の周波数の電波を使用する。
【０００６】
この点、特許文献１のようなパッチアンテナ装置は、低コストを実現できる一方、周波数帯域幅が狭いために複数のシステムに対応することが困難である。例えば、車載用等のＧＰＳナビゲーション装置に使われるアンテナは、一般的に帯域幅が１０ＭＨｚ（約０．０１ＧＨｚ）程度であって、上記周波数帯域が１．５７５４２ＧＨｚであるＧＰＳと、周波数帯域が１．６ＧＨｚであるＧＬＯＮＡＳＳと、を同時に満足することは難しい。
【０００７】
本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、構成の簡単な変更で複数の周波数に対応できるアンテナ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び効果】
【０００８】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。
【０００９】
本発明の観点によれば、以下の構成のアンテナ装置が提供される。即ち、このアンテナ装置は、放射導体と、前記放射導体が配置される第１接地導体と、前記第１接地導体に対して垂直に配置され、前記放射導体を囲む板状の第２接地導体と、を備える。
【００１０】
これにより、例えばＧＮＳＳの使用周波数の電波を受信可能なアンテナ装置を簡単な構造で実現することができる。
【００１１】
前記のアンテナ装置においては、前記第２接地導体は前記第１接地導体に対して取外し可能に固定されていることが好ましい。
【００１２】
これにより、第２接地導体をアンテナ装置に取り付け、又は取り外すことで、接地導体から構成されたグランド回路の一部を変更して、異なる周波数の電波を受信可能なアンテナ装置を簡単な構造で実現することができる。
【００１３】
前記のアンテナ装置においては、前記第２接地導体は４回回転対称であることが好ましい。
【００１４】
これにより、アンテナ装置の放射面に対して電波がどちらの方向から入射しても、交差偏波特性を劣化させることなく良好に受信することができる。
【００１５】
前記のアンテナ装置においては、前記第１接地導体に垂直な方向での第２接地導体の寸法が、前記第１接地導体において前記放射導体が配置される面と、前記放射導体において第１接地導体と反対側を向く面と、の距離より長く形成されていることが好ましい。
【００１６】
これにより、第２接地導体がアンテナ装置の正面側（第１接地導体からみて放射導体が配置されている側）からの衝撃を受け止めることにより、放射導体を保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】（ａ）本発明の構成の元になるアンテナ装置を示す斜視図。（ｂ）本発明の第１実施形態に係るアンテナ装置を示す斜視図。
【図２】第１実施形態のアンテナ装置の全体的な構成を示す一部断面斜視図。
【図３】受信する電波の周波数の実験結果を示すグラフ。
【図４】第２実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す斜視図。
【図５】第２接地導体を固定する構成を具体的に示した変形例のアンテナ装置を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図２は本発明の第１実施形態に係るアンテナ装置の全体的な構成を示す斜視図である。
【００１９】
本発明に関するアンテナ装置は、衛星からの電波信号を受信する装置である。受信した電波信号は、移動体のナビゲーションシステムや、時刻同期等に利用される。例えばナビゲーションシステムの場合、衛星からの電波を前記アンテナ装置によって受信し、当該電波の送信時刻及び受信時刻に基づいて、自装置と衛星との距離を計算する。ナビゲーションシステムは、複数の衛星との距離に基づいて、自装置が地球上で所在する位置を求めて表示するとともに、目的地までの経路案内等を行う。このようなシステムは、上述のとおりＧＮＳＳと呼ばれている。
【００２０】
ＧＮＳＳの中ではＧＰＳが広く知られており、世界中に普及しているが、ＧＰＳ以外にも、例えばＧＬＯＮＡＳＳ等のＧＮＳＳを用いてナビゲーションや時刻同期等を行う装置が各国で開発されている。しかし、一般に広く普及しているＧＰＳ用アンテナ装置が低価格で入手可能であるのに比べて、市場形成初期であるＧＬＯＮＡＳＳ用アンテナ装置は高価であり、ＧＬＯＮＡＳＳ用アンテナ装置をコストダウンする対策が望まれている。
【００２１】
本発明の実施形態のアンテナ装置１は、ＧＮＳＳから送信されてくる円偏波を対象とするアンテナ装置であって、グランド回路を構成する接地導体の構成を変更することにより、周波数の異なる複数のシステムに対応することができる。
【００２２】
本発明の元となるアンテナ装置１０及び本実施形態のアンテナ装置１について、図１を参照して説明する。
【００２３】
図１（ａ）に示すアンテナ装置１０は一般なＧＰＳ用アンテナ装置として構成されており、放射導体２と、第１接地導体３と、を備え、放射導体２が誘電体２０を介して第１接地導体３の中心に配置された構成となっている。このアンテナ装置１０は、公知の構成のＧＰＳ受信機（ＧＮＳＳ受信機）と組み合わせることで、ＧＰＳ受信装置（ＧＮＳＳ受信装置）を構成することができる。
【００２４】
一方、本発明の第１実施形態のアンテナ装置１は図１（ｂ）に示すように、放射導体２と、第１接地導体３と、第２接地導体４と、を備える。即ち、本実施形態のアンテナ装置１は、元のアンテナ装置１０に、第２接地導体４（詳細は後述）を追加的に設置したものとなっている。第１接地導体３と第２接地導体４とにより、接地導体部７が構成される。アンテナ装置１は、この構成により、ＧＬＯＮＡＳＳの電波を良好に受信することができる。
【００２５】
通常、衛星の電波信号は上空から送られてくるため、本実施形態のアンテナ装置１は、放射導体２の放射面（受信面）が上方に向くように配置されている（ただし、アンテナ装置１の設置方向はこれに限定されない）。なお、以下の説明で「上側」、「下側」等というときは、放射導体２の放射面が上方に向く状態でのアンテナ装置１における上側及び下側を意味するものとする。また、アンテナ装置１における正面側とは、放射導体２の放射面が向く側を意味する。
【００２６】
放射導体２は、誘電体２０を介して第１接地導体３に設けられている。当該放射導体２には、図示しない給電点が設けられている。この給電点が給電線路と繋がっており、放射導体２に給電することで、第１接地導体３に電流を誘起させる。放射導体２及び給電線路は、円偏波を適切に受信できるように構成されている。本実施形態の放射導体２は、図２に示すように、一定の厚みを有する正方形の板状に形成されている。ただし、必要に応じて、放射導体２を他の円形等の形状に形成することも可能である。
【００２７】
第１接地導体３は、一定の厚みを有し、放射導体２より広い面を有する板状に形成されている。本実施形態の第１接地導体３は、円状に形成されており、放射導体２がその中心に配置されている。
【００２８】
第２接地導体４は、図２に示すように、金属等の導体から板状に形成された４つの導体壁４１を備えている。第２接地導体４（導体壁４１）は、第１接地導体に対して垂直に取り付けられている。それぞれの導体壁４１は細長く形成されており、４つの導体壁４１は互いに同一の形状となっている。当該４つの導体壁４１の端部同士が互いに垂直になるように連結されることにより、正方形状の第２接地導体４が構成され、この第２接地導体４の中心部には正方形状の中空部４２が形成される。このように、第２接地導体４は、外周形状及び内周形状が正方形である９０°回転対称な構成となっている。
【００２９】
４つの導体壁４１は、放射導体２の各辺のそれぞれと平行になるように、第１接地導体３上に配置されている。言い換えれば、放射導体２の各辺が第２接地導体４の各辺のそれぞれと平行になるように、放射導体２が中空部４２の内部に配置されている。
【００３０】
本実施形態のアンテナ装置１は、図２に示すように、放射導体２と第１接地導体３と第２接地導体４との中心位置が一致するように構成されている。第２接地導体４は、４つの導体壁４１が２軸対称となるように配置された構成となっており、放射導体２を囲むように第１接地導体３上に配置されている。
【００３１】
一般的に、アンテナの共振周波数によって、アンテナ装置が受信できる電波の周波数が定まる。例えば、１．５７５ＧＨｚの電波を受信するアンテナ装置は、１．５７５ＧＨｚの共振周波数を有するように構成されている。この点、本実施形態のアンテナ装置１は、既存のアンテナ装置１０に対して第２接地導体４を追加的に設置することにより、当該アンテナ装置１０の共振周波数を高い値に移行させたものとなっている。
【００３２】
即ち、放射導体２の電磁界分布はその周囲にも広がっているため、その周囲部分に第２接地導体４を設置することによって、磁気的エネルギーが摂動を受ける。これにより、第２接地導体４を設置することで、共振周波数を高い側にシフトさせることができる。
【００３３】
以下、アンテナ装置が実際に受信できる周波数が第２接地導体４の有無によりどのように変化するかに関して本願発明者が行った実験結果について、図３を参照して説明する。
【００３４】
図３のグラフには、第２接地導体４が設置されていない時の周波数特性が点線で、設置されている時の周波数特性が実線で、それぞれ示されている。このグラフに示すように、第２接地導体４を設置することで、アンテナ装置１の共振周波数が１．５８９ＧＨｚから高い側の１．６０２ＧＨｚにシフトしていることがわかる。
【００３５】
この実験結果に示すように、第２接地導体４の取付け／取外しにより、アンテナ装置が対応する周波数を切り換えることができる。従って、例えば、第２接地導体４を取り外すことでＧＰＳ用アンテナ装置として利用する一方、第２接地導体４を取り付けることでＧＬＯＮＡＳＳ用アンテナ装置として利用することが可能である。
【００３６】
本実施形態のアンテナ装置１において、第２接地導体４は第１接地導体３に対し、図略の固定部材によって固定されている。この固定部材は、例えば、ネジ、ピン、凹凸を有する部材等から構成することができ、固定部材の固定を解除することで、第１接地導体３から第２接地導体４を取り外すことができる。この構成により、アンテナ装置１（１０）の周波数の切換えを容易に行うことができる。
【００３７】
続いて、第２接地導体４を４回回転対称の形状にする効果について説明する。
【００３８】
上記のとおり、第２接地導体４は、２軸対称性を有する形状（正方形）に形成されている。この理由は、単に周波数を変化させるだけであれば、極論として、放射導体２が有する４辺のうち１辺の外側のみに導体壁４１を設けるだけでもよいが、このような構成とすると、４方からの電波を均等に受けることができず、偏りが発生してしまうためである。この偏りにより、衛星から送られてくる右旋円偏波の受信感度が上がるのと同時に、地面等で衛星からの電波を反射することによってノイズとなる左旋円偏波の受信感度も上がるという不具合が生じてしまう。この点、本実施形態では、第２接地導体４が２軸対称性を有する形状に形成されているため、ノイズとなる左旋円偏波の受信を抑制することができる。
【００３９】
以上に説明したように、本実施形態のアンテナ装置１は、放射導体２と、第１接地導体３と、板状の第２接地導体４と、を備える。第１接地導体３には、放射導体２が配置される。板状の第２接地導体４は、第１接地導体３に対して垂直に配置され、放射導体２を囲む。第２接地導体４は、第１接地導体３に対して取外し可能に固定されている。
【００４０】
これにより、例えばＧＮＳＳの使用周波数の電波を受信可能なアンテナ装置を簡単な構成で実現することができる。また、第２接地導体４をアンテナ装置１（１０）に取り付け、又は取り外すことで、接地導体から構成されたグランド回路の一部を変更して、異なる周波数の電波を受信可能なアンテナ装置を簡単な構造で実現することができる。
【００４１】
次に、第２実施形態を説明する。図４は第２実施形態に係るアンテナ装置の全体的な構成を示す斜視図である。なお、本実施形態の説明においては、前述の実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。
【００４２】
本実施形態のアンテナ装置１ｘは、放射導体２と、第１接地導体３と、第２接地導体４と、第３接地導体５と、を備えている。
【００４３】
本実施形態において、接地導体部７は、第１接地導体３と、第２接地導体４と、第３接地導体５と、により構成される。第３接地導体５は第２接地導体４に固定されており、第２接地導体４は第１接地導体３に対し、後述のネジのような適宜の手段を用いて取外し可能に固定される。従って、第３接地導体５も第２接地導体４を介して、取外しが可能となるように第１接地導体３に固定されているということができる。
【００４４】
第３接地導体５は、導体から形成された薄板ないし薄膜から構成されている。また、この第３接地導体５は、第１接地導体３と概ね同一な寸法の外周形状を有している。即ち、第３接地導体５の外形は、第１接地導体３の外形と対応する形状となっている。第３接地導体５は、第１接地導体３と互いに略平行となるように、第１接地導体３から離して配置されている。この結果、第３接地導体５は、放射導体２の上側に位置している。また、第２接地導体４は、第３接地導体５の厚み方向で、当該第３接地導体５と第１接地導体３との間に挟まれるように配置されている。
【００４５】
第３接地導体５の中央領域には、放射導体２の放射面を露出させるように、穴部５１が設けられている。本実施形態の当該穴部５１は、第２接地導体４の中空部４２と同一の形状に形成されている。この構成により、アンテナ装置１ｘの放射導体２及び第２接地導体４の導体壁４１を露出させることができる。
【００４６】
第２接地導体４は、第１接地導体３と、第３接地導体５と、の間で第３接地導体５を支えるように配置されている。当該第２接地導体４の上下方向での寸法（第１接地導体３に垂直な方向での寸法）が、第１接地導体３において放射導体２が配置される面と、放射導体２において第１接地導体３と反対側を向く面（放射面）と、の距離より長く形成されているため、第３接地導体５が放射導体２より上側に配置されている。これにより、例えばアンテナ装置１ｘの上方から物体が落下した場合でも、第３接地導体５が上側からの衝撃を受け止めることで、放射導体２が破損しないように保護することができる。
【００４７】
また、第１接地導体３と、第２接地導体４と、第３接地導体５と、の組み合わせで、マルチパスを抑圧するチョーク構造６０が形成されている。
【００４８】
これにより、本実施形態のアンテナ装置１ｘは、第１実施形態のアンテナ装置１のように、第２接地導体４を有する構成で、元となるアンテナ装置１０より高い周波数の電波を受信することができる。また、チョーク構造６０を有することで、アンテナ装置１ｘの下側（受信面の背面）からのマルチパスを抑圧することができる。
【００４９】
図４に示すように、第３接地導体５において、穴部５１の周囲にはスリット部５２が設けられている。当該スリット部５２は、穴部５１の４つの辺に対応するように、４つ設けられている。それぞれのスリット部５２は、複数（本実施形態では５つ）のスリット（切込み）５３を備え、穴部５１の各辺と第３接地導体５の外縁の間に配置されている。スリット部５２において、それぞれのスリット５３の長手方向は、対応する穴部５１の辺と垂直になるように形成され、また、複数のスリット５３同士が互いに平行になるように等間隔で並べて設けられている。従って、４つのスリット部５２を全体でみると、４回回転対称となっている。これにより、第３接地導体５が２軸対称性を有することになるので、本実施形態のアンテナ装置１ｘはマルチパスを一層抑制でき、良好な特性を発揮することができる。
【００５０】
なお、上記実施形態のように第２接地導体４をアンテナ装置に取り付ける具体的な方法として、例えば図５に示す構成が考えられる。図５は、第２接地導体４を固定する構成を具体的に示した変形例のアンテナ装置１ｙを示す斜視図である。なお、この図５に示すアンテナ装置１ｙでは、構成をわかり易く示すために、実線で描くべき第３接地導体５等を鎖線で透視的に示している。
【００５１】
図５のアンテナ装置１ｙにおいては、正方形状の第２接地導体４が、各辺につき複数の連結部４３を備えている。第２接地導体４は、当該連結部４３を介して、取外し可能な固定部材であるネジにより第１接地導体３及び第３接地導体５に固定される。ただし、この方法に限らず、他の方法で第２接地導体４を第１接地導体３及び第３接地導体５に取り付けてもよい。
【００５２】
以上に本発明の好適な複数の実施形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。
【００５３】
接地導体部７を構成するそれぞれの接地導体の形状は、上記したものに限定されず、適宜変形することができる。例えば、図４の構成で、第２接地導体４と第３接地導体５とが一体的に形成されていても良い。
【００５４】
本発明は、ＧＰＳ用のアンテナ装置をＧＬＯＮＡＳＳ用のアンテナ装置に転用する場合に限定されない。即ち、本発明は、あるＧＮＳＳ用のアンテナ装置を他のＧＮＳＳ用のアンテナ装置に転用する場合に広く適用することができる。また、円偏波を受信するアンテナ装置であれば、ＧＮＳＳ以外に用いられる場合に対しても本発明の適用は妨げられない。
【符号の説明】
【００５５】
１  アンテナ装置
１ｘ  アンテナ装置
１ｙ  アンテナ装置
２  放射導体
３  第１接地導体
４  第２接地導体
５  第３接地導体
７  接地導体部
１０  元のアンテナ装置
４１  導体壁
４２  中空部
４３  連結部
５１  穴部
５２  スリット部
５３  スリット（切込み）
【図１】
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【図２】
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【図３】
2016012748.tif 000005
【図４】
2016012748.tif 000006
【図５】
2016012748.tif 000007