(57)【要約】【課題】複数の周波数帯域で用いられる車載用アンテナの設計を容易にすることを目的とする。【解決手段】長手方向に連ねて配置された２つの第１線状アンテナ素子１０Ｌおよび１０Ｒを備え、各第１線状アンテナ素子の一端が給電端対をなす第１ダイポールアンテナ１と、長手方向に連ねて配置され、２つの第１線状アンテナ素子１０Ｌおよび１０Ｒに並べて配置された２つの第２線状アンテナ素子１８Ｌおよび１８Ｌを備え、各第２線状アンテナ素子の一端が給電端対をなす第２ダイポールアンテナ２とを備える。第２線状アンテナ素子１８Ｌおよび１８Ｒは、それぞれ、第１線状アンテナ１０Ｌおよび１０Ｒよりも短い。第１ダイポールアンテナ１および第２ダイポールアンテナ２は、左給電線１６Ｌおよび右給電線１６Ｒを共有している。【選択図】図１
2016005081.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向に連ねて配置された２つの第１線状アンテナ素子を備え、各前記第１線状アンテナ素子の一端が給電端対をなす第１ダイポールアンテナと、
長手方向に連ねて配置され、２つの前記第１線状アンテナ素子に並べて配置された２つの第２線状アンテナ素子を備え、各前記第２線状アンテナ素子の一端が給電端対をなす第２ダイポールアンテナと、を備え、
前記第２線状アンテナ素子は、前記第１線状アンテナよりも短く、
前記第１ダイポールアンテナおよび前記第２ダイポールアンテナの各給電端対が共通に接続されていることを特徴とする車載用アンテナ。
【請求項２】
請求項１に記載の車載用アンテナにおいて、
前記第１ダイポールアンテナおよび前記第２ダイポールアンテナのそれぞれにおける基本共振および３倍共振によって、複数の異なる周波数帯域の電磁波を送受信することを特徴とする車載用アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車載用アンテナに関し、特に、複数の周波数帯域で用いられるアンテナの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話、無線通信機能付きのコンピュータ等の無線機器を自動車内で用いる機会が増えている。自動車内での無線性能を向上させるため、無線機器には自動車に取り付けられた車載用アンテナが用いられることが多い。また、複数の周波数帯域において無線信号を送受信するマルチバンド方式の無線機器も広く用いられている。そこで、特許文献１に記載されているように、複数の周波数帯域で無線信号を送受信する車載アンテナが考えられている。この車載アンテナでは、低周波帯用アンテナ素子および高周波帯用アンテナ素子を備え、各周波数帯域に個別にアンテナ素子が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２０９８０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
複数の周波数帯域で無線信号を送受信するアンテナとしては、各周波数帯域に個別にアンテナ素子を設けるものの他、１つのアンテナ素子の基本共振および高次共振を利用して複数の周波数帯域で無線信号を送受信するものが開発されている。しかし、基本共振および高次共振を利用するアンテナでは、各共振周波数で所望の送受信帯域幅を確保することが困難な場合がある。また、送受信する無線信号に割り当てられている周波数と各共振周波数とを一致させることが困難な場合がある。
【０００５】
本発明は、複数の周波数帯域で用いられる車載用アンテナの設計を容易にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、長手方向に連ねて配置された２つの第１線状アンテナ素子を備え、各前記第１線状アンテナ素子の一端が給電端対をなす第１ダイポールアンテナと、長手方向に連ねて配置され、２つの前記第１線状アンテナ素子に並べて配置された２つの第２線状アンテナ素子を備え、各前記第２線状アンテナ素子の一端が給電端対をなす第２ダイポールアンテナと、を備え、前記第２線状アンテナ素子は、前記第１線状アンテナよりも短く、前記第１ダイポールアンテナおよび前記第２ダイポールアンテナの各給電端対が共通に接続されていることを特徴とする。
【０００７】
望ましくは、前記第１ダイポールアンテナおよび前記第２ダイポールアンテナのそれぞれにおける基本共振および３倍共振によって、複数の異なる周波数帯域の電磁波を送受信する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、複数の周波数帯域で用いられる車載用アンテナの設計を容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態に係る車載用デュアルバンドアンテナを示す図である。
【図２】給電端対における受信レベルを概念的に示す図である。
【図３】ＬＴＥの規格に対応した車載用デュアルバンドアンテナの大きさを示す図である。
【図４】車載用デュアルバンドアンテナの変形例を示す図である。
【図５】応用例に係る基板実装型アンテナユニットを示す図である。
【図６】基板実装型アンテナユニットが取り付けられる位置を例示する図である。
【図７】車両に固定された基板実装型アンテナユニットの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１には、本発明の実施形態に係る車載用デュアルバンドアンテナが示されている。このアンテナは、２つのダイポールアンテナを並列接続および並列配置した構造を有し、各ダイポールアンテナの基本共振および３倍共振を利用することで、基本周波数帯域および３倍周波数帯域の２つの周波数帯域で無線信号としての電磁波を送受信する。２つのダイポールアンテナの共振周波数を異ならせることで、各周波数帯域で広域化が実現されている。なお、以下の説明における左右、上下、縦横等の方向を示す表現は、車載用デュアルバンドアンテナの構造を説明するための便宜上のものであり、車載用デュアルバンドアンテナの配置方向を限定するものではない。
【００１１】
車載用デュアルバンドアンテナは、左右対称の構造を有し、第１線状アンテナ素子１０Ｌ、第１線状アンテナ素子１０Ｒ、第２線状アンテナ素子１８Ｌ、第２線状アンテナ素子１８Ｒ、左給電線１６Ｌおよび右給電線Ｒを備えている。
【００１２】
第１線状アンテナ素子１０Ｌは、ｘ軸方向に延伸する横方向区間１２Ｌ、および横方向区間１２Ｌの右端からｙ軸負方向に延伸する縦方向区間１４Ｌを備えている。第１線状アンテナ素子１０Ｒは、ｘ軸方向に延伸する横方向区間１２Ｒ、および横方向区間の左端からｙ軸負方向に延伸する縦方向区間１４Ｒを備えている。
【００１３】
第１線状アンテナ素子１０Ｌおよび第１線状アンテナ素子１０Ｒは、長手方向に連ねて配置されている。すなわち、第１線状アンテナ素子１０Ｌおよび第１線状アンテナ素子１０Ｒは、それぞれの横方向区間１２Ｌおよび１２Ｒが同一直線上に位置するように配置されている。
【００１４】
左給電線１６Ｌは、縦方向区間１４Ｌの下端からｘ軸正方向に延伸し、右給電線１６Ｒは、縦方向区間１４Ｒの下端からｘ軸負方向に延伸している。
【００１５】
第１線状アンテナ素子１０Ｌ、第１線状アンテナ素子１０Ｒ、左給電線１６Ｌおよび右給電線１６Ｒによって、第１ダイポールアンテナ１が形成されている。
【００１６】
第２線状アンテナ素子１８Ｌは、ｘ軸方向に延伸する横方向区間２０Ｌ、および横方向区間２０Ｌの右端からｙ軸正方向に延伸する縦方向区間２２Ｌを備えている。縦方向区間２２Ｌの上端からは、左給電線１６Ｌがｘ軸正方向に延伸している。第２線状アンテナ素子１８Ｌの横方向区間２０Ｌは、第１線状アンテナ素子１０Ｌの横方向区間１２Ｌよりも短い。
【００１７】
第２線状アンテナ素子１８Ｒは、ｘ軸方向に延伸する横方向区間２０Ｒ、および横方向区間２０Ｒの左端からｙ軸正方向に延伸する縦方向区間２２Ｒを備えている。縦方向区間２２Ｒの上端からは、右給電線１６Ｒがｘ軸負方向に延伸している。第２線状アンテナ素子１８Ｒの横方向区間２０Ｒは、第１線状アンテナ素子１０Ｒの横方向区間１２Ｒよりも短い。
【００１８】
第２線状アンテナ素子１８Ｌおよび第２線状アンテナ素子１８Ｒは、長手方向に連ねて配置されている。すなわち、第２線状アンテナ素子１８Ｌおよび第２線状アンテナ素子１８Ｒは、それぞれの横方向区間２０Ｌおよび２０Ｒが同一直線上に位置するように配置されている。また、第２線状アンテナ素子１８Ｌの横方向区間２０Ｌ、および第２線状アンテナ素子１８Ｒの横方向区間２０Ｒは、それぞれ、第１線状アンテナ素子１０Ｌの横方向区間１２Ｌ、および第１線状アンテナ素子１０Ｒの横方向区間１２Ｒと方向を揃えて並べられている。第２線状アンテナ素子１８Ｌ、第２線状アンテナ素子１８Ｒ、左給電線１６Ｌおよび右給電線１６Ｒによって、第２ダイポールアンテナ２が形成されている。
【００１９】
第１ダイポールアンテナ１および第２ダイポールアンテナ２は、左給電線１６Ｌおよび右給電線１６Ｒを共有している。左給電線１６Ｌの右端、および右給電線１６Ｒの左端は、第１ダイポールアンテナ１および第２ダイポールアンテナ２に対する給電端対となる。
【００２０】
車載用デュアルバンドアンテナは、プラスチックフィルム上に形成されてもよい。この場合、車載用デュアルバンドアンテナは、例えば、車両の窓ガラスに固定される。また、後述のように、車載用デュアルバンドアンテナを樹脂基板上に形成し、スポイラやオーバヘッドコンソール、リンフォース等の車載部品に固定してもよい。
【００２１】
次に、車載用デュアルバンドアンテナの動作について説明する。第１ダイポールアンテナ１および第２ダイポールアンテナ２は近接して配置されており、左給電線１６Ｌおよび右給電線１６Ｒを共有していることから、電磁界的に結合する。そのため、基本共振周波数付近では、広がりを持った周波数帯域において、給電端対から得られる受信信号のレベルにピークが生じると共に、給電端対から車載用デュアルバンドアンテナ側を見た反射係数が小さくなる。したがって、第１ダイポールアンテナ１および第２ダイポールアンテナ２の基本共振によって、基本周波数帯域における無線信号の送受信が可能となる。
【００２２】
また、３倍共振周波数付近でも、広がりを持った周波数帯域において、給電端対から得られる受信信号のレベルにピークが生じると共に、給電端対から車載用デュアルバンドアンテナ側を見た反射係数が小さくなる。したがって、第１ダイポールアンテナ１および第２ダイポールアンテナ２の３倍共振によって、３倍周波数帯域における無線信号の送受信が可能となる。
【００２３】
図２には、給電端対における受信レベルが概念的に示されている。横軸は周波数を示し、縦軸は受信レベルを示す。３倍周波数帯域Ｗ３の中心周波数ｆ３は、基本周波数帯域Ｗ１の中心周波数ｆ１のおよそ３倍である。基本周波数帯域Ｗ１および３倍周波数帯域Ｗ３の各帯域幅は、例えば、ピークから３ｄＢ小さいレベル以上の受信レベルが得られる帯域幅として定義される。
【００２４】
各周波数帯域の中心周波数および帯域幅は、第１線状アンテナ素子１０Ｌ、第１線状アンテナ素子１０Ｒ、第２線状アンテナ素子１８Ｌ、第２線状アンテナ素子１８Ｒ、左給電線１６Ｌおよび右給電線１６Ｒのそれぞれの長さを変化させることで調整され得る。
【００２５】
本実施形態に係る車載用デュアルバンドアンテナは、携帯電話端末の規格であるＬＴＥ（Long Term Evolution）に従うアンテナとして用いられてもよい。ＬＴＥでは、使用周波数帯域として７００ＭＨｚ帯および２１００ＭＨｚ帯の２つの周波数帯域が定められている。
【００２６】
図３にはＬＴＥの規格に対応した車載用デュアルバンドアンテナの大きさが示されている。第１線状アンテナ素子１０Ｌおよび第１線状アンテナ素子１０Ｒのそれぞれの横方向区間の長さＡ１は５９ｍｍである。第１線状アンテナ素子１０Ｌおよび第１線状アンテナ素子１０Ｒのそれぞれの縦方向区間の長さＡ２は５ｍｍである。左給電線１６Ｌおよび右給電線１６Ｒのそれぞれの長さＣは９ｍｍである。
【００２７】
また、第２線状アンテナ素子１８Ｌおよび第２線状アンテナ素子１８Ｒのそれぞれの横方向区間の長さＢ１は３４ｍｍである。第２線状アンテナ素子１８Ｌおよび第２線状アンテナ素子１８Ｒのそれぞれの縦方向区間の長さＢ２は５ｍｍである。給電端対の間隔Ｄは４ｍｍである。
【００２８】
第１ダイポールアンテナ１は、第２ダイポールアンテナ２を取り除いた場合に７１５ＭＨｚ〜７４０ＭＨｚの周波数帯域で共振する。第２ダイポールアンテナ２は、第１ダイポールアンテナ１を取り除いた場合に７７０ＭＨｚ〜８００ＭＨｚの周波数帯域で共振する。
【００２９】
図４には、車載用デュアルバンドアンテナの変形例が示されている。このアンテナは、左給電線１６Ｌおよび右給電線１６Ｒが、第２線状アンテナ素子１８Ｌおよび第２線状アンテナ素子１８Ｒと同一直線上に配置されている。第２線状アンテナ素子１８Ｌおよび第２線状アンテナ素子１８Ｒは縦方向区間を有していない。その他の構成は、図１に示された車載用デュアルバンドアンテナと同様である。
【００３０】
本発明に係る車載用デュアルバンドアンテナによれば、第１ダイポールアンテナ１および第２ダイポールアンテナ２の各部の大きさおよび位置関係を変化させることで、特性を調整することができる。すなわち、特性の異なる２つのダイポールアンテナを組み合わせることで、特性を調整するための設計定数が増え、基本周波数帯域および３倍周波数帯域の中心周波数、各周波数帯域の帯域幅を容易に調整することができる。さらに、第１ダイポールアンテナ１の各横方向区間と、第２ダイポールアンテナ２の各横方向区間とが方向を揃えて配置されているため、車載用デュアルバンドアンテナが小型となる。
【００３１】
図５には、本発明の応用例に係る基板実装型アンテナユニットが示されている。基板実装型アンテナユニットは図４に示されている車載用デュアルバンドアンテナを樹脂基板２４上に配置したものである。図４に示されている構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３２】
樹脂基板２４の長手方向（ｘ軸方向）は、第１ダイポールアンテナ１および第２ダイポールアンテナ２の長手方向と一致する。樹脂基板２４は、長手方向に垂直な断面が弧形状を有しており、凸面側に第１ダイポールアンテナ１および第２ダイポールアンテナ２が配置されている。
【００３３】
第１ダイポールアンテナ１および第２ダイポールアンテナ２は、帯状の導体によって形成されている。縦方向区間１４Ｌおよび縦方向区間１４Ｒの幅は、横方向区間１２Ｌ、横方向区間１２Ｒ、横方向区間２０Ｌ、および、横方向区間２０Ｒの各幅よりも広くなっている。
【００３４】
左給電導体２６Ｌおよび右給電導体２６Ｒは、樹脂基板２４の凸面形状に沿って曲がった導体板であり、ｙ軸負方向からｚ軸負方向に向かうにつれて幅が窄まっている。左給電導体２６Ｌは縦方向区間１４Ｌに重ねられており、縦方向区間１４Ｌに電気的に接続されている。右給電導体２６Ｒは横方向区間１４Ｒに重ねられており、横方向区間１４Ｒに電気的に接続されている。左給電導体２６Ｌが縦方向区間１４Ｌからはみ出した部分は、給電線１６Ｌとなる。右給電導体２６Ｒが縦方向区間１４Ｒからはみ出した部分は、右給電線１６Ｒとなる。
【００３５】
樹脂基板２４の中央付近からは、ｚ軸負方向に基板取り付け部２５が伸びている。基板取り付け部２５は、その板面がｙ軸負方向を臨んでいる。基板取り付け部２５のｙ軸負方向側の板面には接続基板２８が固定されている。接続基板２８には、左給電線１６Ｌおよび右給電線１６Ｒがｙ軸正方向側の板面から差し込まれ、左給電線１６Ｌおよび右給電線１６Ｒが接続基板２８に電気的に接続されている。また、接続基板２８には同軸ケーブル３０の一端が接続されている。同軸ケーブル３０の他端は車両に搭載された無線装置に接続されている。接続基板２８はパターン導体を有し、左給電線１６Ｌおよび右給電線１６Ｒと、同軸ケーブル３０とを電気的に接続する。接続基板２８には、基板実装型アンテナユニットと同軸ケーブル３０との間で平衡／不平衡モード変換を行うバランや、インピーダンスマッチング回路等が実装されてもよい。
【００３６】
図６には、車両１００において基板実装型アンテナユニット３４が取り付けられる位置が例示されている。基板実装型アンテナユニット３４は、天井３６の車室側における、フロントウィンドウ３８と天井３６との境界付近に固定されている。フロントウィンドウ３８の外周付近には、フロントウィンドウ３８の周囲の美観を高めるため、その車室側の面にセラミック等を原料とする装飾用塗料４０が塗布されている。この装飾用塗料４０には、フロントウィンドウ３８の周囲を覆い隠すため、黒色のものが採用されることが多い。なお、基板実装型アンテナユニット３４は、天井３６からフロントウィンドウ３８における装飾用塗料４０が塗布された領域まで及んでいてもよい。
【００３７】
図７には車両に固定された基板実装型アンテナユニット３４の斜視図が示されている。この図は、運転席または助手席から上方向に基板実装型アンテナユニット３４を眺めたものである。ｙ軸正方向は車両の上方向に対応し、ｚ軸正方向は車両の前方向に対応する。フロントウィンドウ３８と天井３６との境界には、フレーム状の部材であるヘッダリンフォース４２が取り付けられている。基板実装型アンテナユニット３４は、フロントウィンドウ３８と天井３６との境界に沿って、ヘッダリンフォース４２よりも車室側に固定されている。基板実装型アンテナユニット３４が備える各ダイポールアンテナは、フロントウィンドウ３８側に向けられている。なお、基板実装型アンテナユニット３４の車室側は、車室の美観を向上させるための内装部材であるルーフライニングによって覆われてもよい。
【００３８】
このような構成によれば、基板実装型アンテナユニット３４が備える各ダイポールアンテナは、導体で形成されたボデーに覆われることなく、フロントウィンドウ３８の車室側に配置される。さらに、基板実装型アンテナユニット３４は、平衡型アンテナであるダイポールアンテナによって構成されている。一般に、平衡型アンテナの性能は、モノポールアンテナのような不平衡アンテナに比べて、近傍にある接地導体としてのボデーの影響を受け難い。これによって、アンテナ性能がボデーによって劣化することが軽減される。また、基板実装型アンテナユニット３４は、フロントウィンドウ３８のうち装飾用塗料４０が塗布された領域に覆われるため、美観を損ねることが回避される。
【符号の説明】
【００３９】
１  第１ダイポールアンテナ、２  第２ダイポールアンテナ、１０Ｌ，１０Ｒ  第１線状アンテナ素子、１２Ｌ，１２Ｒ，２０Ｌ，２０Ｒ  横方向区間、１４Ｌ，１４Ｒ，２２Ｌ，２２Ｒ  縦方向区間、１６Ｌ  左給電線、１６Ｒ  右給電線、１８Ｌ，１８Ｒ  第２線状アンテナ素子、２４  樹脂基板、２５  基板取り付け部、２６Ｌ  左給電導体  ２６Ｒ  右給電導体、  ２８  接続基板、３０  同軸ケーブル、３４  基板実装型アンテナユニット、３６  天井、３８  フロントウィンドウ、４２  ヘッダリンフォース、１０２  車両。
【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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【図６】
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【図７】
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