アンテナ装置
【課題】２つの給電点及び１つの放射電極のアンテナ装置において、良好な軸比の帯域を広帯域にし、入力端から２つの給電点までの２経路のアイソレーションを改善し、且つアンテナ素子に接続する回路の面積を小さくすることである。
【解決手段】アンテナ装置は、アンテナ基体、放射電極、第１及び第２の給電部、接地電極を備えるアンテナ素子と、基板部と、を備える。基板部は、接続部３２１、１／４λの経路長の経路部３２２Ａ，３２２Ｂ、抵抗３２３、を備える分配回路部Ｃ１と、第１の給電部までの経路部３２４Ａ、経路部３２４Ａよりも１／４λ長く第２の給電部までの経路部３２４Ｂ、を備える位相シフト回路部Ｃ２と、を備える。位相シフト回路部Ｃ２及び分配回路部Ｃ１は、基板部の同一面に形成される。位相シフト回路部Ｃ２は、分配回路部Ｃ１の経路部３２２Ａ，３２２Ｂの内側に配置される。
【解決手段】アンテナ装置は、アンテナ基体、放射電極、第１及び第２の給電部、接地電極を備えるアンテナ素子と、基板部と、を備える。基板部は、接続部３２１、１／４λの経路長の経路部３２２Ａ，３２２Ｂ、抵抗３２３、を備える分配回路部Ｃ１と、第１の給電部までの経路部３２４Ａ、経路部３２４Ａよりも１／４λ長く第２の給電部までの経路部３２４Ｂ、を備える位相シフト回路部Ｃ２と、を備える。位相シフト回路部Ｃ２及び分配回路部Ｃ１は、基板部の同一面に形成される。位相シフト回路部Ｃ２は、分配回路部Ｃ１の経路部３２２Ａ，３２２Ｂの内側に配置される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２給電のアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車等の移動体の位置を測位する衛星測位システムの規格としてＧＰＳ（Global Positioning System）が知られている。ＧＰＳにおいて、移動体に設けられたＧＰＳ受信機は、パッチアンテナ等によりＧＰＳ衛星からＧＰＳ信号を受信し、受信したＧＰＳ信号を用いて自機の位置を測位する。
【０００３】
ＧＰＳは、米国の規格であり、その搬送波の周波数帯の中心周波数は、１．５７５４２［ＧＨｚ］である。また、ロシアの衛星測位システムの規格として、ＧＬＯＮＡＳＳ（Global Navigation Satellite System）が知られている。ＧＬＯＮＡＳＳでも、ＧＰＳと同様に、移動体に設けられた受信機は、パッチアンテナ等によりＧＬＯＮＡＳＳの衛星から信号を受信し、受信信号を用いて自機の位置を測位する。ＧＬＯＮＡＳＳの搬送波の周波数帯の中心周波数は、約１．６０２［ＧＨｚ］である。このように、ＧＰＳ及びＧＬＯＮＡＳＳの搬送波の周波数帯は、互いに比較的近い。また、ＧＰＳ及びＧＬＯＮＡＳＳは、右旋円偏波の信号を用いて通信を行う規格である。
【０００４】
また、ＧＰＳ又はＧＬＯＮＡＳＳ用に、通常の周波数の信号と遅延を補償するための周波数の信号とを受信可能なデュアルバンドアンテナが知られている（例えば、特許文献１参照）。例えば、このＧＰＳ用のデュアルバンドアンテナは、通常の周波数：１．５７５［ＧＨｚ］と、遅延を補償するための周波数：１．２７７［ＧＨｚ］と、の信号を受信する。このデュアルバンドアンテナは、放射電極である導電体と、接地導電体と、を２組備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２８８４２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＧＰＳ及びＧＬＯＮＡＳＳの両方の信号を受信できるアンテナ装置の要請がある。上記従来のデュアルバンドアンテナは、ＧＰＳ又はＧＬＯＮＡＳＳ用に、通常の周波数の信号と遅延を補償するための周波数との比較的離れた周波数の信号を受信するものであった。そこで、上記従来のデュアルバンドアンテナを、ＧＰＳ及びＧＬＯＮＡＳＳの２つの周波数帯の信号を受信するデュアルバンドアンテナとする構成も考えられるが、２組の放射電極及び接地導電体のアンテナとなり、構造が複雑であった。
【０００７】
このため、ＧＰＳ及びＧＬＯＮＡＳＳ用の比較的近い２つの周波数の信号を受信するために、１つの給電点及び１つの放射電極を有するパッチアンテナを適用することが考えられる。ＧＰＳ及びＧＬＯＮＡＳＳの信号は、円偏波であるため、パッチアンテナの１つの放射電極に摂動素子（切り欠き、出っ張り）を設けることで、円偏波の信号受信が可能となる。しかし、１つの給電点及び１つの放射電極のパッチアンテナは、構造が簡単であるものの、良好な軸比の帯域が狭かった。
【０００８】
このため、ＧＰＳ及びＧＬＯＮＡＳＳ用の比較的近い２つの周波数の信号を受信するために、２つの給電点及び１つの放射電極を有するパッチアンテナを適用することが考えられる。２つの給電点及び１つの放射電極のパッチアンテナは、放射電極に摂動素子が不要であり、２つの給電点に給電する２つの電気信号のうち、一方の電気信号の位相に対してもう一方の電気信号の位相を９０°シフトすることで、円偏波の無線信号の放射が可能となり、逆に円偏波の無線信号の受信も可能である。２つの給電点及び１つの放射電極のパッチアンテナでは、２つの給電点を有するため、良好な軸比の帯域を広帯域にとれる。しかし、２つの給電点及び１つの放射電極のパッチアンテナは、一方の給電点に給電する経路と、もう一方の給電点に給電する経路とのアイソレーションをとることが難しかった。
【０００９】
また、アンテナ装置の小型化のため、アンテナ素子に接続する回路の面積を小さくする要請があった。
【００１０】
本発明の課題は、２つの給電点及び１つの放射電極のアンテナ装置において、良好な軸比の帯域を広帯域にし、入力端から２つの給電点までの２つの経路のアイソレーションを改善し、且つアンテナ素子に接続する回路の面積を小さくすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明のアンテナ装置は、
アンテナ素子と、
前記アンテナ素子の下面に設けられた基板部と、を備え、
前記アンテナ素子は、
誘電体、磁性体又は磁性誘電体からなるアンテナ基体と、
前記アンテナ基体の上面に設けられた放射電極と、
前記放射電極に接続されて前記アンテナ基体を貫通された第１及び第２の給電部と、
前記アンテナ基体の下面に設けられた接地電極と、を備え、
前記基板部は、
給電の入力端に接続される接続部と、前記接続部から２分配されて１／４λの経路長を有する第１及び第２の経路部と、前記第１及び第２の経路部の出力端に接続された抵抗と、を備える分配回路部と、
前記抵抗から前記第１の給電部までの経路であって、入力端が前記第１の給電部の近傍に設けられた第３の経路部と、前記抵抗から前記第２の給電部までの経路であって、前記第３の経路部よりも１／４λ長い経路長を有する第４の経路部と、を備える位相シフト回路部と、を備え、
前記分配回路部及び前記位相シフト回路部は、前記基板部の同一面に形成され、
前記位相シフト回路部は、前記分配回路部の前記第１及び第２の経路部の内側に配置されたことを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のアンテナ装置において、
前記基板部は、
前記分配回路部及び前記位相シフト回路部と同一面に形成され、前記分配回路部の前記接続部から出力される信号を増幅する増幅回路部を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、２つの給電点及び１つの放射電極のアンテナ装置において、良好な軸比の帯域を広帯域にでき、入力端から２つの給電点までの２つの経路のアイソレーションを改善でき、且つアンテナ素子に接続する回路の面積を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態のアンテナ装置の分解図である。
【図２】アンテナ装置の断面図である。
【図３】アンテナ装置の斜視図である。
【図４】アンテナ素子、基板部及びブラケットの斜視図である。
【図５】アンテナ素子及び基板部の平面図である。
【図６】基板部の回路部の平面図である。
【図７】（ａ）は、分離状態の回路接続部を示す図である。（ｂ）は、接続状態の回路接続部を示す図である。
【図８】位相シフト回路の平面図である。
【図９】アンテナ装置の周波数に対するＳ１１を示す図である。
【図１０】アンテナ装置のスミスチャートである。
【図１１】アンテナ装置の周波数に対する軸比を示す図である。
【図１２】アンテナ装置の周波数に対する天頂方向の利得を示す図である。
【図１３】アンテナ装置の放射パターンを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して本発明に係る実施の形態を詳細に説明する。ただし、発明の範囲は、図示例に限定されない。
【００１６】
図１〜図１３を参照して、本発明に係る実施の形態を説明する。先ず、図１〜図８を参照して、本実施の形態のアンテナ装置１の装置構成を説明する。
【００１７】
図１〜図３を参照して、アンテナ装置１の全体構成を説明する。図１に、アンテナ装置１の分解構成を示す。図２に、アンテナ装置１の断面構成を示す。図３に、アンテナ装置１の斜視構成を示す。
【００１８】
本実施の形態のアンテナ装置１は、比較的互いに近い周波数帯の規格としてのＧＰＳ及びＧＬＯＮＡＳＳの共用のパッチアンテナである。ＧＰＳの搬送波の周波数帯は、１．５７５４２±０．１［ＧＨｚ］であり、その中心周波数が１．５７５４２［ＧＨｚ］である。ＧＬＯＮＡＳＳの搬送波の周波数帯の中心周波数は、１．６０２＋ｋ×０．０００５６２５［ＧＨｚ］（ｋ：各衛星の周波数チャネル番号）である。また、ＧＰＳ及びＧＬＯＮＡＳＳは、右旋の円偏波の信号を用いて通信を行う規格である。
【００１９】
アンテナ装置１は、移動体としての自動車のダッシュボード等に取り付けられる。図１及び図２に示すように、アンテナ装置１は、アンテナ素子２と、基板部３と、シールドケース４と、クッションシート５と、トップカバー６と、ブラケット７と、螺子８と、を備える。
【００２０】
アンテナ素子２は、アンテナ装置１のパッチアンテナの本体部分であり、衛星から送信されたＧＰＳ又はＧＬＯＮＡＳＳの無線信号の受信アンテナである。アンテナ素子２は、例えば、４０×４０×４ｔ［ｍｍ］の正方形板形状を有する。
【００２１】
基板部３は、アンテナ素子２の下面（裏面）に取り付けられたＰＣＢ（Printed Circuit Board）であり、同軸ケーブル３ａの一端が接続されている。同軸ケーブル３ａの他端は、ＧＰＳ又はＧＬＯＮＡＳＳの受信機のアンテナ接続端子に接続される。基板部３の形状は、アンテナ素子２の下面に対応した面積の正方形の板状とするが、これに限定されるものではなく、アンテナ素子２の下面よりも小さな面積を有する形状としてもよい。基板部３は、例えば、４０×４０×０．８ｔ［ｍｍ］の正方形板形状を有する。アンテナ素子２は、例えば、両面テープにより基板部３に貼り付けられて固定される。なお、アンテナ素子２及び基板部３については、詳細に後述する。
【００２２】
シールドケース４は、基板部３を下面から覆うケースであり、外部から基板部３への電波等の侵入を遮断し、基板部３を流れる信号にノイズがのることを防ぐ。シールドケース４は、ブリキ等の金属製の導電体で構成される。クッションシート５は、シールドケース４をブラケット７に取り付ける際、それらの間に挟み込まれクッションとなるシートである。クッションシート５は、例えば、両面テープにより構成される。
【００２３】
トップカバー６は、アンテナ素子２、基板部３、シールドケース４及びクッションシート５を上面（表面）から覆うカバーである。トップカバー６は、樹脂により形成され、外部の衝撃等からアンテナ素子２、基板部３、シールドケース４及びクッションシート５を保護する。トップカバー６には、螺子８に対応する４箇所の雌螺子部（図示略）を有する。また、トップカバー６には、アンテナ素子２及び基板部３を取り付けるためのフック（図示略）を有する。アンテナ素子２及び基板部３をトップカバー６のフックで止めることにより、トップカバー６に対するアンテナ素子２及び基板部３の位置決めを正確に行うことができる。トップカバー６は、例えば、４４．２×４４．２×１２．５ｔ［ｍｍ］の正方形板形状を有する。
【００２４】
ブラケット７は、接地板と、ダッシュボード等へのアンテナ装置１の取り付けの固定金具と、を兼ねる。ブラケット７は、銅等の金属導体で構成され、接地される。ブラケット７には、螺子８用の４つの通し穴７ａがあけられている。ブラケット７は、例えば、７０［ｍｍ］角又は９０［ｍｍ］角の正方形板形状を有する。
【００２５】
螺子８は、トップカバー６をブラケット７に取り付けるための４本の雄螺子である。螺子８は、ブラケット７にあけられた通し穴７ａに通され、トップカバー６の雌螺子部に螺合される。このため、ブラケット７に対するトップカバー６の位置決めを正確に行うことができる。これにより、ブラケット７に対するアンテナ素子２及び基板部３の位置決めも正確となる。
【００２６】
図３に示すように、組み立て後のアンテナ装置１において、同軸ケーブル３ａ、トップカバー６、ブラケット７（及び螺子８）が露出する。
【００２７】
次いで、図４〜図８を参照して、アンテナ素子２及び基板部３を詳細に説明する。図４に、アンテナ素子２、基板部３及びブラケット７の斜視構成を示す。図５に、アンテナ素子２及び基板部３の平面構成を示す。図６に、基板部３の回路部３２の平面構成を示す。図７（ａ）に、分離状態の回路接続部３２ｃを示す。図７（ｂ）に、接続状態の回路接続部３２ｃを示す。図８に、分配位相シフト回路部３２ａの平面構成を示す。
【００２８】
図４及び図５に示すように、組み立て後のアンテナ装置１のアンテナ素子２、基板部３及びブラケット７について、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸をとる。Ｚ軸は、アンテナ素子２、基板部３及びブラケット７の平面上の中心にとられている。図４において、アンテナ素子２及び基板部３と、ブラケット７とは、シールドケース４及びクッションシート５により、所定距離離れている。その所定距離は、例えば、３［ｍｍ］である。
【００２９】
図４に示すように、アンテナ素子２は、放射電極２１と、アンテナ基体２２と、給電部２３Ａ，２３Ｂと、接地電極２４と、を有する。放射電極２１は、アンテナ基体２２の上面（表面）に形成された金属導体の電極である。放射電極２１は、例えば、アンテナ基体２２の上面よりも小さな、３４．１×３４．１［ｍｍ］の正方形状の銀箔でアンテナ基体２２にパターン形成されている。放射電極２１には、給電部２３Ａ，２３Ｂが電気的に接続されている。放射電極２１には、摂動素子（切り欠き、出っ張り）が形成されていない。
【００３０】
アンテナ基体２２は、所定の比誘電率を有する誘電体で形成された板である。アンテナ基体２２の比誘電率εｒは、例えば、６．８である。この比誘電率εｒによる波長短縮効果により、アンテナ素子２を小型化できる。アンテナ基体２２は、誘電体に限定されるものではなく、所定の比透磁率μｒを有する磁性体としたり、所定の比誘電率εｒ及び比透磁率μｒを有する磁性誘電体としてもよい。比透磁率μｒでも波長短縮効果が生ずる。アンテナ基体２２は、例えば、４０×４０×４ｔ［ｍｍ］の正方形板形状を有する。
【００３１】
給電部２３Ａ，２３Ｂは、金属導体からなる例えば給電ピンであり、その一端に放射電極２１が電気的に接続され、アンテナ基体２２、接地電極２４及び基板部３の基板本体部３１を貫通して、他端が後述する回路部３２の分配位相シフト回路部３２ａに接続されている。給電部２３Ａ，２３Ｂは、２つの給電点となる。給電部２３Ａ，２３Ｂは、アンテナ基体２２を貫通するスルーホールによって構成されていてもよく、給電部２３Ａ，２３Ｂは回路部３２の分配位相シフト回路部３２ａに半田付けなどによって接続される。
【００３２】
接地電極２４は、アンテナ基体２２の下面に形成され接地された金属導体の電極である。接地電極２４は、例えば、アンテナ基体２２の下面よりも小さな、３８×３８［ｍｍ］の正方形状の銀箔でアンテナ基体２２にパターン形成されている。
【００３３】
基板部３は、基板本体部３１と、回路部３２と、を備える。回路部３２は、分配位相シフト回路部３２ａと、増幅回路部３２ｂ（図４及び図５では回路パターン図示略）と、を有する。
【００３４】
基板本体部３１は、ガラス繊維にエポキシ樹脂を染み込ませたＦＲ（Flame Retardant Type）４等の絶縁体の基板である。基板本体部３１は、例えば、４０×４０×０．８ｔ［ｍｍ］の正方形板形状を有する。基板本体部３１の上面（アンテナ素子２側の平面）には、接地電極（図示略）が全面にパターン形成されている。基板本体部３１の接地電極は、銀箔等の金属導体からなり接地されている。
【００３５】
回路部３２は、基板本体部３１の下面（ブラケット７側の平面）に銅箔等の金属導体でパターン形成された回路部である。分配位相シフト回路部３２ａは、入力端（接続部３２１）から放射電極２１の給電部２３Ａ，２３Ｂへ送信する電気信号を２分配して位相をシフトする回路である。
【００３６】
図５に示すように、アンテナ素子２及び基板部３の平面において、Ｚ軸からＸ軸の正方向に長さＬ１離れた位置に、給電部２３Ａが配置されるものとする。同じく、Ｚ軸からＹ軸の正方向に長さＬ２離れた位置に、給電部２３Ｂが配置されるものとする。例えば、Ｌ１は、３．５［ｍｍ］であり、Ｌ２は、３．５［ｍｍ］である。
【００３７】
増幅回路部３２ｂは、例えばＬＮＡ（Low Noise Amplifier：低雑音増幅回路）であり、分配位相シフト回路部３２ａ及び同軸ケーブル３ａに接続されている。増幅回路部３２ｂは、給電部２３Ａ，２３Ｂから出力され分配位相シフト回路部３２ａにより位相シフトされた電気信号を増幅して同軸ケーブル３ａへ出力する。
【００３８】
次いで、図６及び図７を参照して、基板部３の回路部３２における回路の接続を説明する。図６に示すように、回路部３２は、分配位相シフト回路部３２ａと、増幅回路部３２ｂと、回路接続部３２ｃと、を備える。回路接続部３２ｃは、分配位相シフト回路部３２ａと、増幅回路部３２ｂと、を接続する銅箔等の導電体の回路パターンである。また、増幅回路部３２ｂは、同軸ケーブル３ａと接続される接続端子である端子部３２ｂ１を有する。
【００３９】
図７（ａ）に示すように、回路接続部３２ｃは、接続端部３２ｃ１，３２ｃ２を有する。接続端部３２ｃ１は、増幅回路部３２ｂのアンテナ素子２側の端子に接続された半円状の回路パターンである。接続端部３２ｃ１は、分配位相シフト回路部３２ａの受信機側の端子に接続された半円状の回路パターンである。つまり、接続端部３２ｃ１，３２ｃ２により、略円形の回路パターンとなるが、この形状に限定されるものではない。
【００４０】
アンテナ装置１の製造の一工程において、基板部３の回路部３２とアンテナ素子２とが接続される。このとき、先ず、図７（ａ）に示すように、接続端部３２ｃ１，３２ｃ２は、互いに分離され、電気的に接続されていない分離状態にされている。このアンテナ装置１における回路接続部３２ｃの分離状態で、接続端部３２ｃ２を使って、分配位相シフト回路部３２ａ単独での出力が評価される。同様に、回路接続部３２ｃの分離状態で、接続端部３２ｃ１を使って、増幅回路部３２ｂ単独での出力が評価される。
【００４１】
そして、分配位相シフト回路部３２ａ、増幅回路部３２ｂ、各々の評価が完了した後、図７（ｂ）に示すように、分配位相シフト回路部３２ａと、増幅回路部３２ｂとが、ハンダＳでハンダ付けされ、電気的に接続された接続状態にされる。
【００４２】
次いで、図８を参照して、分配位相シフト回路部３２ａを詳細に説明する。ここでは、仮にアンテナ装置１を送信アンテナとし、分配位相シフト回路部３２ａにより放射電極２１へ給電部２３Ａ，２３Ｂを介して電力の電気信号を給電することを前提として説明する。
【００４３】
分配位相シフト回路部３２ａは、分配回路部Ｃ１と、位相シフト回路部Ｃ２と、を備える。分配回路部Ｃ１は、ウィルキンソンの分配回路である。
【００４４】
分配回路部Ｃ１は、接続部３２１と、経路部３２２Ａ，３２２Ｂと、抵抗３２３と、を備える。接続部３２１は、増幅回路部３２ｂに電気的に接続される接続部である。経路部３２２Ａ，３２２Ｂは、それぞれ、接続部３２１から抵抗３２３までの経路パターンである。抵抗３２３は、経路部３２２Ａ，３２２Ｂの２つの出力端（経路部３２４Ａ，３２４Ｂの２つの入力端）の間に配置されている。
【００４５】
位相シフト回路部Ｃ２は、経路部３２４Ａ，３２４Ｂと、ピン接続部３２５Ａ，３２５Ｂと、を備える。経路部３２４Ａは、抵抗３２３からピン接続部３２５Ａまでの経路パターンである。経路部３２４Ｂは、抵抗３２３からピン接続部３２５Ｂまでの経路パターンである。ピン接続部３２５Ａは、給電部２３Ａが電気的に接続される接続部である。ピン接続部３２５Ｂは、給電部２３Ｂが電気的に接続される接続部である。
【００４６】
つまり、分配位相シフト回路部３２ａにおいて、増幅回路部３２ｂと給電部２３Ａ，２３Ｂとの間の経路が、接続部３２１−経路部３２２Ａ−（抵抗３２３）−経路部３２４Ａ−ピン接続部３２５Ａの経路Ｐ１と、接続部３２１−経路部３２２Ｂ−（抵抗３２３）−経路部３２４Ｂ−ピン接続部３２５Ｂの経路Ｐ２と、に分配されている。ここで、（放射する）無線信号の波長をλで表すと、経路部３２２Ａの経路長は、１／４λにとられている。経路部３２２Ｂの経路長は、１／４λにとられている。
【００４７】
ピン接続部３２５Ａは、抵抗３２３の近傍に配置されている。このため、経路部３２４Ａの経路長は、経路部３２４Ｂに比べて、無いものとみなせる。経路部３２４Ｂの経路長は、経路部３２４Ａの経路長よりも１／４λ分長い。この１／４λの長さの差は、位相９０°の差に対応する。つまり、接続部３２１に入力されて、経路Ｐ１を通る信号は、経路Ｐ２を通る信号に比べて位相が９０°シフトされる。
【００４８】
接続部３２１は、インピーダンスが５０［Ω］になるように線幅がとられている。経路部３２２Ａ，３２２Ｂは、接続部３２１側から見てインピーダンスが１００［Ω］となり、給電部側から見てインピーダンスが５０［Ω］となるように調整されている。具体的には、経路部３２２Ａ，３２２Ｂは、約７１（７０．７）［Ω］になるよう線幅がとられている。経路部３２４Ａ，３２４Ｂは、インピーダンスが５０［Ω］になるよう線幅がとられている。ピン接続部３２５Ａ，３２５Ｂは、インピーダンスが５０［Ω］にされている。接続部３２１、経路部３２２Ａ，３２２Ｂの線幅は、例えば、０．８［ｍｍ］にとられている。経路部３２４Ａ，３２４Ｂの線幅は、例えば、１．５［ｍｍ］にとられている。また、接続部３２１の線幅は、実際には、０．８［ｍｍ］よりも大きくとられる。
【００４９】
抵抗３２３は、経路Ｐ１と、経路Ｐ２とのアイソレーションを改善するために設けられている。また、図８に示すように、経路Ｐ１，Ｐ２の角部分（直角に経路が折れ曲がっている部分）は４５°の面取りがなされている。というのは、経路Ｐ１，Ｐ２に流れる電流は、経路が短くなるように経路幅の内側部分を通る。このため、経路Ｐ１，Ｐ２の経路幅の外側部分が不要であり、容量成分が増えるのを防ぐために、経路Ｐ１，Ｐ２の面取りがなされている。
【００５０】
接続部３２１に入力された給電用の電気信号は、２分配されて、それぞれ、経路Ｐ１，Ｐ２としての経路部３２２Ａ，３２２Ｂを通り、抵抗３２３に到達する。抵抗３２３後の経路Ｐ１の電気信号は、経路部３２４Ａを通り、ピン接続部３２５Ａに入力される。抵抗３２３後の経路Ｐ２の電気信号は、経路部３２４Ｂを通り、ピン接続部３２５Ｂに入力される。ピン接続部３２５Ａ，３２５Ｂへの到達時点で、経路Ｐ２の電気信号は、経路Ｐ１の電気信号に比べて位相が９０°遅くなっている。このため、放射電極２１からは、円偏波の無線信号が放射される。
【００５１】
ここで、アンテナにおける送信（アンテナへの電気信号の入力）における特性は、アンテナにおける受信（アンテナからの電気信号の出力）における特性と等価であるため、分配位相シフト回路部３２ａをＧＰＳ及びＧＬＯＮＡＳＳの受信専用のアンテナ装置１に適用できる。
【００５２】
次に、図９〜図１３を参照して、アンテナ装置１のアンテナ特性を説明する。図９に、アンテナ装置１の周波数に対するＳ１１を示す。図１０に、アンテナ装置１のスミスチャートを示す。図１１に、アンテナ装置１の周波数に対する軸比を示す。図１２に、アンテナ装置１の周波数に対する天頂方向の利得を示す。図１３に、アンテナ装置１の放射パターンを示す。
【００５３】
アンテナ装置１の各種特性をシミュレーションした。先ず、図９に示すように、アンテナ装置１の周波数に対するＳパラメータのＳ１１特性が得られた。図９において、ｍ１，ｍ２，ｍ３は、特性曲線（ここでは、Ｓ１１曲線）上の特定の周波数の点を示す。ｍ１を、ＧＰＳの周波数帯の中心周波数である１．５７５０［ＧＨｚ］とした。ｍ２を、ｍ１とｍ２との中間の周波数である１．５９００［ＧＨｚ］とした。ｍ３を、ＧＬＯＮＡＳＳの周波数帯の中心周波数である１．６０５０［ＧＨｚ］とした。このｍ１，ｍ２，ｍ３の周波数値は、図１０〜図１２でも同様である。
【００５４】
図９の結果により、ｍ１，ｍ２，ｍ３において、Ｓ１１［ｄＢ］が一般的な特性の良否の判断の基準値としての−１０［ｄＢ］よりも十分低い。このため、ＧＰＳ及びＧＬＯＮＡＳＳに対応する広帯域の周波数帯で、アンテナ装置１の共振が良好にとれている。
【００５５】
次いで、図１０に示すように、アンテナ装置１のスミスチャートが得られた。図１０において、円の中心の１．００が５０［Ω］に対応する。また、１．００を中心とし、０．５０及び２．００を結ぶ円が、Ｓ１１の−１０［ｄＢ］に対応する。図１０の結果により、ｍ１，ｍ２，ｍ３の点が、Ｓ１１の−１０［ｄＢ］の円内で１．００付近に集まっている。このため、ＧＰＳ及びＧＬＯＮＡＳＳに対応する広帯域の周波数帯で、アンテナ装置１のインピーダンスは、５０［Ω］でマッチングがとれている。
【００５６】
次いで、図１１に示すように、アンテナ装置１の周波数に対する軸比［ｄＢ］が得られた。図１１において、軸比が小さいほど、完全な円偏波に近付く。図１１の結果により、ｍ１，ｍ２，ｍ３において、軸比［ｄＢ］が一般的な特性の良否の判断の基準値としての３［ｄＢ］よりも十分低い。このため、ＧＰＳ及びＧＬＯＮＡＳＳに対応する広帯域の周波数帯で、アンテナ装置１の軸比を低く良好に得られる。軸比が低いと、信号が完全な円偏波に近付くため、アンテナ装置１の方向によらず、感度（利得）を一定にすることができる。
【００５７】
次いで、図１２に示すように、アンテナ装置１の周波数に対する天頂方向の利得［ｄＢｉ］が得られた。天頂方向とは、図４及び図５に示したＺ軸の正方向である。図１２において、実線が右旋円偏波での天頂方向の利得［ｄＢｉ］であり、点線が左旋円偏波での天頂方向の利得［ｄＢｉ］である。図１２において、ｍ１，ｍ２，ｍ３は、上記と同じ周波数で、右旋円偏波での天頂方向の利得曲線上の点である。ｍ４，ｍ５，ｍ６は、それぞれｍ１，ｍ２，ｍ３と同じ周波数で、左旋円偏波での天頂方向の利得曲線上の点である。
【００５８】
図１２の結果により、ｍ１，ｍ２，ｍ３において、右旋円偏波で高い天頂方向の利得［ｄＢｉ］が得られているとともに、ｍ４，ｍ５，ｍ６において、左旋円偏波で天頂方向の利得［ｄＢｉ］が低く抑えられている。このため、天頂方向の衛星と通信する右旋円偏波の通信規格であるＧＰＳ及びＧＬＯＮＡＳＳに対応する広帯域の周波数帯で、アンテナ装置１の天頂方向に高い利得［ｄＢｉ］が得られている。
【００５９】
次いで、図１３に示すように、アンテナ装置１の放射パターン特性が得られた。図１３の放射パターン特性は、図４及び図５に示したＹ軸及びＺ軸の平面（ＹＺ平面）における周波数１．５９［ＧＨｚ］における利得［ｄＢｉ］である。図１３において、実線が右旋円偏波での利得［ｄＢｉ］であり、点線が左旋円偏波での利得［ｄＢｉ］である。また、図１３において、ｍ７を右旋円偏波での利得曲線におけるＺ軸上の点とする。
【００６０】
図１３の結果により、ｍ７の利得の５．６２７８［ｄＢｉ］を頂点として、Ｚが正の半球面で右旋円偏波での高い利得が得られ、Ｚが負の半球面で右旋円偏波での利得が低く抑えられている。また、Ｚが正の半球面で左旋円偏波での利得が低く抑えられ、Ｚが正の半球面で左旋円偏波での高い利得が得られている。このため、天頂方向の衛星と通信する右旋円偏波の通信規格であるＧＰＳ及びＧＬＯＮＡＳＳの中間の周波数（ＧＰＳ及びＧＬＯＮＡＳＳに対応する周波数帯）で、アンテナ装置１の天頂方向の半円球に高い利得［ｄＢｉ］が得られている。
【００６１】
以上、本実施の形態によれば、アンテナ装置１は、アンテナ素子２と、基板部３と、を備える。アンテナ素子２は、アンテナ基体２２と、アンテナ基体２２の上面に設けられた放射電極２１と、放射電極２１に接続されてアンテナ基体２２を貫通された給電部２３Ａ，２３Ｂと、接地電極２４と、を備える。基板部３は、分配回路部Ｃ１と、位相シフト回路部Ｃ２と、を備える。分配回路部Ｃ１は、増幅回路部３２ｂの入力端が接続される接続部３２１と、接続部３２１に接続されて１／４λの経路長を有する経路部３２２Ａ，３２２Ｂと、経路部３２２Ａ，３２２Ｂに接続された抵抗３２３と、を備える。位相シフト回路部Ｃ２は、抵抗３２３から給電部２３Ａまでの経路であって、入力端が給電部２３Ａの近傍に設けられた経路部３２４Ａと、抵抗３２３から給電部２３Ｂまでの経路であって、経路部３２４Ａよりも１／４λ長い経路長を有する経路部３２４Ｂと、を備える。分配回路部Ｃ１及び位相シフト回路部Ｃ２は、基板部３の同一面に形成され、位相シフト回路部Ｃ２は、分配回路部Ｃ１の経路部３２２Ａ，３２２Ｂの内側に配置されている。
【００６２】
このため、２つの給電点及び１つの放射電極のアンテナ装置１において、ＧＰＳ及びＧＬＯＮＡＳＳの共用に、良好な軸比の帯域を広帯域にすることができ、入力端から給電部２３Ａ，２３Ｂ（２つの給電点）までの経路Ｐ１，Ｐ２のアイソレーションを改善でき、且つアンテナ素子２に接続する分配位相シフト回路部３２ａの面積を小さくすることができる。経路Ｐ１，Ｐ２のインピーダンスのバランスをとることで、広帯域で容易にインピーダンスマッチングをとることができる。分配位相シフト回路部３２ａの面積を小さくすることで、基板部３を小さくすることができ、アンテナ装置１を小型化できる。
【００６３】
また、経路部３２４Ａが、給電部２３Ａに接続されて出力端が給電部２３Ａの近傍に設けられるので、経路部３２４Ａ，３２４Ｂで不要な経路を削除でき、この不要な経路の挿入損失を無くすことができ、分配位相シフト回路部３２ａの面積をさらに小さくできる。
【００６４】
また、増幅回路部３２ｂは、基板部３の分配回路部Ｃ１及び位相シフト回路部Ｃ２と同一の面上に形成される。このため、部品点数の低減及びアンテナ装置１の低背化が図れ、アンテナ装置１をさらに小型化できる。特に、分配位相シフト回路部３２ａの面積が小さいため、基板部３の下面の分配位相シフト回路部３２ａ以外のスペースに、増幅回路部３２ｂを容易に形成できる。
【００６５】
なお、上記実施の形態における記述は、本発明に係るアンテナ装置の一例であり、これに限定されるものではない。
【００６６】
上記実施の形態では、アンテナ装置１に適用する周波数帯として、互いに近く且つ異なＧＰＳ及びＧＬＯＮＡＳＳの周波数帯の信号を受信する構成としたが、これに限定されるものではない。アンテナ装置１は、広帯域のアンテナ装置として、異なる複数の周波数帯又は単数でも広い周波数帯の通信に適用できる。
【００６７】
また、上記実施の形態では、アンテナ装置１を、ＧＰＳ及びＧＬＯＮＡＳＳの受信専用のアンテナ装置として説明したが、これに限定されるものではない。アンテナ装置１を、送信用又は送受信用のアンテナに適用してもよい。
【００６８】
その他、上記実施の形態におけるアンテナ装置の細部構成及び詳細動作に関しても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００６９】
１ アンテナ装置
２ アンテナ素子
２１ 放射電極
２２ アンテナ基体
２３Ａ，２３Ｂ 給電部
２４ 接地電極
３ 基板部
３１ 基板本体部
３２ 回路部
３２ａ 分配位相シフト回路部
Ｃ１ 分配回路部
Ｃ２ 位相シフト回路部
３２１ 接続部
３２２Ａ，３２２Ｂ，３２４Ａ，３２４Ｂ 経路部
３２３ 抵抗
３２５Ａ，３２５Ｂ ピン接続部
３２ｂ 増幅回路部
３２ｂ１ 端子部
３２ｃ 回路接続部
３２ｃ１，３２ｃ２ 接続端部
Ｐ１，Ｐ２ 経路
３ａ 同軸ケーブル
４ シールドケース
５ クッションシート
６ トップカバー
７ ブラケット
７ａ 通し穴
８ 螺子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２給電のアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車等の移動体の位置を測位する衛星測位システムの規格としてＧＰＳ（Global Positioning System）が知られている。ＧＰＳにおいて、移動体に設けられたＧＰＳ受信機は、パッチアンテナ等によりＧＰＳ衛星からＧＰＳ信号を受信し、受信したＧＰＳ信号を用いて自機の位置を測位する。
【０００３】
ＧＰＳは、米国の規格であり、その搬送波の周波数帯の中心周波数は、１．５７５４２［ＧＨｚ］である。また、ロシアの衛星測位システムの規格として、ＧＬＯＮＡＳＳ（Global Navigation Satellite System）が知られている。ＧＬＯＮＡＳＳでも、ＧＰＳと同様に、移動体に設けられた受信機は、パッチアンテナ等によりＧＬＯＮＡＳＳの衛星から信号を受信し、受信信号を用いて自機の位置を測位する。ＧＬＯＮＡＳＳの搬送波の周波数帯の中心周波数は、約１．６０２［ＧＨｚ］である。このように、ＧＰＳ及びＧＬＯＮＡＳＳの搬送波の周波数帯は、互いに比較的近い。また、ＧＰＳ及びＧＬＯＮＡＳＳは、右旋円偏波の信号を用いて通信を行う規格である。
【０００４】
また、ＧＰＳ又はＧＬＯＮＡＳＳ用に、通常の周波数の信号と遅延を補償するための周波数の信号とを受信可能なデュアルバンドアンテナが知られている（例えば、特許文献１参照）。例えば、このＧＰＳ用のデュアルバンドアンテナは、通常の周波数：１．５７５［ＧＨｚ］と、遅延を補償するための周波数：１．２７７［ＧＨｚ］と、の信号を受信する。このデュアルバンドアンテナは、放射電極である導電体と、接地導電体と、を２組備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２８８４２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＧＰＳ及びＧＬＯＮＡＳＳの両方の信号を受信できるアンテナ装置の要請がある。上記従来のデュアルバンドアンテナは、ＧＰＳ又はＧＬＯＮＡＳＳ用に、通常の周波数の信号と遅延を補償するための周波数との比較的離れた周波数の信号を受信するものであった。そこで、上記従来のデュアルバンドアンテナを、ＧＰＳ及びＧＬＯＮＡＳＳの２つの周波数帯の信号を受信するデュアルバンドアンテナとする構成も考えられるが、２組の放射電極及び接地導電体のアンテナとなり、構造が複雑であった。
【０００７】
このため、ＧＰＳ及びＧＬＯＮＡＳＳ用の比較的近い２つの周波数の信号を受信するために、１つの給電点及び１つの放射電極を有するパッチアンテナを適用することが考えられる。ＧＰＳ及びＧＬＯＮＡＳＳの信号は、円偏波であるため、パッチアンテナの１つの放射電極に摂動素子（切り欠き、出っ張り）を設けることで、円偏波の信号受信が可能となる。しかし、１つの給電点及び１つの放射電極のパッチアンテナは、構造が簡単であるものの、良好な軸比の帯域が狭かった。
【０００８】
このため、ＧＰＳ及びＧＬＯＮＡＳＳ用の比較的近い２つの周波数の信号を受信するために、２つの給電点及び１つの放射電極を有するパッチアンテナを適用することが考えられる。２つの給電点及び１つの放射電極のパッチアンテナは、放射電極に摂動素子が不要であり、２つの給電点に給電する２つの電気信号のうち、一方の電気信号の位相に対してもう一方の電気信号の位相を９０°シフトすることで、円偏波の無線信号の放射が可能となり、逆に円偏波の無線信号の受信も可能である。２つの給電点及び１つの放射電極のパッチアンテナでは、２つの給電点を有するため、良好な軸比の帯域を広帯域にとれる。しかし、２つの給電点及び１つの放射電極のパッチアンテナは、一方の給電点に給電する経路と、もう一方の給電点に給電する経路とのアイソレーションをとることが難しかった。
【０００９】
また、アンテナ装置の小型化のため、アンテナ素子に接続する回路の面積を小さくする要請があった。
【００１０】
本発明の課題は、２つの給電点及び１つの放射電極のアンテナ装置において、良好な軸比の帯域を広帯域にし、入力端から２つの給電点までの２つの経路のアイソレーションを改善し、且つアンテナ素子に接続する回路の面積を小さくすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明のアンテナ装置は、
アンテナ素子と、
前記アンテナ素子の下面に設けられた基板部と、を備え、
前記アンテナ素子は、
誘電体、磁性体又は磁性誘電体からなるアンテナ基体と、
前記アンテナ基体の上面に設けられた放射電極と、
前記放射電極に接続されて前記アンテナ基体を貫通された第１及び第２の給電部と、
前記アンテナ基体の下面に設けられた接地電極と、を備え、
前記基板部は、
給電の入力端に接続される接続部と、前記接続部から２分配されて１／４λの経路長を有する第１及び第２の経路部と、前記第１及び第２の経路部の出力端に接続された抵抗と、を備える分配回路部と、
前記抵抗から前記第１の給電部までの経路であって、入力端が前記第１の給電部の近傍に設けられた第３の経路部と、前記抵抗から前記第２の給電部までの経路であって、前記第３の経路部よりも１／４λ長い経路長を有する第４の経路部と、を備える位相シフト回路部と、を備え、
前記分配回路部及び前記位相シフト回路部は、前記基板部の同一面に形成され、
前記位相シフト回路部は、前記分配回路部の前記第１及び第２の経路部の内側に配置されたことを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のアンテナ装置において、
前記基板部は、
前記分配回路部及び前記位相シフト回路部と同一面に形成され、前記分配回路部の前記接続部から出力される信号を増幅する増幅回路部を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、２つの給電点及び１つの放射電極のアンテナ装置において、良好な軸比の帯域を広帯域にでき、入力端から２つの給電点までの２つの経路のアイソレーションを改善でき、且つアンテナ素子に接続する回路の面積を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態のアンテナ装置の分解図である。
【図２】アンテナ装置の断面図である。
【図３】アンテナ装置の斜視図である。
【図４】アンテナ素子、基板部及びブラケットの斜視図である。
【図５】アンテナ素子及び基板部の平面図である。
【図６】基板部の回路部の平面図である。
【図７】（ａ）は、分離状態の回路接続部を示す図である。（ｂ）は、接続状態の回路接続部を示す図である。
【図８】位相シフト回路の平面図である。
【図９】アンテナ装置の周波数に対するＳ１１を示す図である。
【図１０】アンテナ装置のスミスチャートである。
【図１１】アンテナ装置の周波数に対する軸比を示す図である。
【図１２】アンテナ装置の周波数に対する天頂方向の利得を示す図である。
【図１３】アンテナ装置の放射パターンを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して本発明に係る実施の形態を詳細に説明する。ただし、発明の範囲は、図示例に限定されない。
【００１６】
図１〜図１３を参照して、本発明に係る実施の形態を説明する。先ず、図１〜図８を参照して、本実施の形態のアンテナ装置１の装置構成を説明する。
【００１７】
図１〜図３を参照して、アンテナ装置１の全体構成を説明する。図１に、アンテナ装置１の分解構成を示す。図２に、アンテナ装置１の断面構成を示す。図３に、アンテナ装置１の斜視構成を示す。
【００１８】
本実施の形態のアンテナ装置１は、比較的互いに近い周波数帯の規格としてのＧＰＳ及びＧＬＯＮＡＳＳの共用のパッチアンテナである。ＧＰＳの搬送波の周波数帯は、１．５７５４２±０．１［ＧＨｚ］であり、その中心周波数が１．５７５４２［ＧＨｚ］である。ＧＬＯＮＡＳＳの搬送波の周波数帯の中心周波数は、１．６０２＋ｋ×０．０００５６２５［ＧＨｚ］（ｋ：各衛星の周波数チャネル番号）である。また、ＧＰＳ及びＧＬＯＮＡＳＳは、右旋の円偏波の信号を用いて通信を行う規格である。
【００１９】
アンテナ装置１は、移動体としての自動車のダッシュボード等に取り付けられる。図１及び図２に示すように、アンテナ装置１は、アンテナ素子２と、基板部３と、シールドケース４と、クッションシート５と、トップカバー６と、ブラケット７と、螺子８と、を備える。
【００２０】
アンテナ素子２は、アンテナ装置１のパッチアンテナの本体部分であり、衛星から送信されたＧＰＳ又はＧＬＯＮＡＳＳの無線信号の受信アンテナである。アンテナ素子２は、例えば、４０×４０×４ｔ［ｍｍ］の正方形板形状を有する。
【００２１】
基板部３は、アンテナ素子２の下面（裏面）に取り付けられたＰＣＢ（Printed Circuit Board）であり、同軸ケーブル３ａの一端が接続されている。同軸ケーブル３ａの他端は、ＧＰＳ又はＧＬＯＮＡＳＳの受信機のアンテナ接続端子に接続される。基板部３の形状は、アンテナ素子２の下面に対応した面積の正方形の板状とするが、これに限定されるものではなく、アンテナ素子２の下面よりも小さな面積を有する形状としてもよい。基板部３は、例えば、４０×４０×０．８ｔ［ｍｍ］の正方形板形状を有する。アンテナ素子２は、例えば、両面テープにより基板部３に貼り付けられて固定される。なお、アンテナ素子２及び基板部３については、詳細に後述する。
【００２２】
シールドケース４は、基板部３を下面から覆うケースであり、外部から基板部３への電波等の侵入を遮断し、基板部３を流れる信号にノイズがのることを防ぐ。シールドケース４は、ブリキ等の金属製の導電体で構成される。クッションシート５は、シールドケース４をブラケット７に取り付ける際、それらの間に挟み込まれクッションとなるシートである。クッションシート５は、例えば、両面テープにより構成される。
【００２３】
トップカバー６は、アンテナ素子２、基板部３、シールドケース４及びクッションシート５を上面（表面）から覆うカバーである。トップカバー６は、樹脂により形成され、外部の衝撃等からアンテナ素子２、基板部３、シールドケース４及びクッションシート５を保護する。トップカバー６には、螺子８に対応する４箇所の雌螺子部（図示略）を有する。また、トップカバー６には、アンテナ素子２及び基板部３を取り付けるためのフック（図示略）を有する。アンテナ素子２及び基板部３をトップカバー６のフックで止めることにより、トップカバー６に対するアンテナ素子２及び基板部３の位置決めを正確に行うことができる。トップカバー６は、例えば、４４．２×４４．２×１２．５ｔ［ｍｍ］の正方形板形状を有する。
【００２４】
ブラケット７は、接地板と、ダッシュボード等へのアンテナ装置１の取り付けの固定金具と、を兼ねる。ブラケット７は、銅等の金属導体で構成され、接地される。ブラケット７には、螺子８用の４つの通し穴７ａがあけられている。ブラケット７は、例えば、７０［ｍｍ］角又は９０［ｍｍ］角の正方形板形状を有する。
【００２５】
螺子８は、トップカバー６をブラケット７に取り付けるための４本の雄螺子である。螺子８は、ブラケット７にあけられた通し穴７ａに通され、トップカバー６の雌螺子部に螺合される。このため、ブラケット７に対するトップカバー６の位置決めを正確に行うことができる。これにより、ブラケット７に対するアンテナ素子２及び基板部３の位置決めも正確となる。
【００２６】
図３に示すように、組み立て後のアンテナ装置１において、同軸ケーブル３ａ、トップカバー６、ブラケット７（及び螺子８）が露出する。
【００２７】
次いで、図４〜図８を参照して、アンテナ素子２及び基板部３を詳細に説明する。図４に、アンテナ素子２、基板部３及びブラケット７の斜視構成を示す。図５に、アンテナ素子２及び基板部３の平面構成を示す。図６に、基板部３の回路部３２の平面構成を示す。図７（ａ）に、分離状態の回路接続部３２ｃを示す。図７（ｂ）に、接続状態の回路接続部３２ｃを示す。図８に、分配位相シフト回路部３２ａの平面構成を示す。
【００２８】
図４及び図５に示すように、組み立て後のアンテナ装置１のアンテナ素子２、基板部３及びブラケット７について、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸をとる。Ｚ軸は、アンテナ素子２、基板部３及びブラケット７の平面上の中心にとられている。図４において、アンテナ素子２及び基板部３と、ブラケット７とは、シールドケース４及びクッションシート５により、所定距離離れている。その所定距離は、例えば、３［ｍｍ］である。
【００２９】
図４に示すように、アンテナ素子２は、放射電極２１と、アンテナ基体２２と、給電部２３Ａ，２３Ｂと、接地電極２４と、を有する。放射電極２１は、アンテナ基体２２の上面（表面）に形成された金属導体の電極である。放射電極２１は、例えば、アンテナ基体２２の上面よりも小さな、３４．１×３４．１［ｍｍ］の正方形状の銀箔でアンテナ基体２２にパターン形成されている。放射電極２１には、給電部２３Ａ，２３Ｂが電気的に接続されている。放射電極２１には、摂動素子（切り欠き、出っ張り）が形成されていない。
【００３０】
アンテナ基体２２は、所定の比誘電率を有する誘電体で形成された板である。アンテナ基体２２の比誘電率εｒは、例えば、６．８である。この比誘電率εｒによる波長短縮効果により、アンテナ素子２を小型化できる。アンテナ基体２２は、誘電体に限定されるものではなく、所定の比透磁率μｒを有する磁性体としたり、所定の比誘電率εｒ及び比透磁率μｒを有する磁性誘電体としてもよい。比透磁率μｒでも波長短縮効果が生ずる。アンテナ基体２２は、例えば、４０×４０×４ｔ［ｍｍ］の正方形板形状を有する。
【００３１】
給電部２３Ａ，２３Ｂは、金属導体からなる例えば給電ピンであり、その一端に放射電極２１が電気的に接続され、アンテナ基体２２、接地電極２４及び基板部３の基板本体部３１を貫通して、他端が後述する回路部３２の分配位相シフト回路部３２ａに接続されている。給電部２３Ａ，２３Ｂは、２つの給電点となる。給電部２３Ａ，２３Ｂは、アンテナ基体２２を貫通するスルーホールによって構成されていてもよく、給電部２３Ａ，２３Ｂは回路部３２の分配位相シフト回路部３２ａに半田付けなどによって接続される。
【００３２】
接地電極２４は、アンテナ基体２２の下面に形成され接地された金属導体の電極である。接地電極２４は、例えば、アンテナ基体２２の下面よりも小さな、３８×３８［ｍｍ］の正方形状の銀箔でアンテナ基体２２にパターン形成されている。
【００３３】
基板部３は、基板本体部３１と、回路部３２と、を備える。回路部３２は、分配位相シフト回路部３２ａと、増幅回路部３２ｂ（図４及び図５では回路パターン図示略）と、を有する。
【００３４】
基板本体部３１は、ガラス繊維にエポキシ樹脂を染み込ませたＦＲ（Flame Retardant Type）４等の絶縁体の基板である。基板本体部３１は、例えば、４０×４０×０．８ｔ［ｍｍ］の正方形板形状を有する。基板本体部３１の上面（アンテナ素子２側の平面）には、接地電極（図示略）が全面にパターン形成されている。基板本体部３１の接地電極は、銀箔等の金属導体からなり接地されている。
【００３５】
回路部３２は、基板本体部３１の下面（ブラケット７側の平面）に銅箔等の金属導体でパターン形成された回路部である。分配位相シフト回路部３２ａは、入力端（接続部３２１）から放射電極２１の給電部２３Ａ，２３Ｂへ送信する電気信号を２分配して位相をシフトする回路である。
【００３６】
図５に示すように、アンテナ素子２及び基板部３の平面において、Ｚ軸からＸ軸の正方向に長さＬ１離れた位置に、給電部２３Ａが配置されるものとする。同じく、Ｚ軸からＹ軸の正方向に長さＬ２離れた位置に、給電部２３Ｂが配置されるものとする。例えば、Ｌ１は、３．５［ｍｍ］であり、Ｌ２は、３．５［ｍｍ］である。
【００３７】
増幅回路部３２ｂは、例えばＬＮＡ（Low Noise Amplifier：低雑音増幅回路）であり、分配位相シフト回路部３２ａ及び同軸ケーブル３ａに接続されている。増幅回路部３２ｂは、給電部２３Ａ，２３Ｂから出力され分配位相シフト回路部３２ａにより位相シフトされた電気信号を増幅して同軸ケーブル３ａへ出力する。
【００３８】
次いで、図６及び図７を参照して、基板部３の回路部３２における回路の接続を説明する。図６に示すように、回路部３２は、分配位相シフト回路部３２ａと、増幅回路部３２ｂと、回路接続部３２ｃと、を備える。回路接続部３２ｃは、分配位相シフト回路部３２ａと、増幅回路部３２ｂと、を接続する銅箔等の導電体の回路パターンである。また、増幅回路部３２ｂは、同軸ケーブル３ａと接続される接続端子である端子部３２ｂ１を有する。
【００３９】
図７（ａ）に示すように、回路接続部３２ｃは、接続端部３２ｃ１，３２ｃ２を有する。接続端部３２ｃ１は、増幅回路部３２ｂのアンテナ素子２側の端子に接続された半円状の回路パターンである。接続端部３２ｃ１は、分配位相シフト回路部３２ａの受信機側の端子に接続された半円状の回路パターンである。つまり、接続端部３２ｃ１，３２ｃ２により、略円形の回路パターンとなるが、この形状に限定されるものではない。
【００４０】
アンテナ装置１の製造の一工程において、基板部３の回路部３２とアンテナ素子２とが接続される。このとき、先ず、図７（ａ）に示すように、接続端部３２ｃ１，３２ｃ２は、互いに分離され、電気的に接続されていない分離状態にされている。このアンテナ装置１における回路接続部３２ｃの分離状態で、接続端部３２ｃ２を使って、分配位相シフト回路部３２ａ単独での出力が評価される。同様に、回路接続部３２ｃの分離状態で、接続端部３２ｃ１を使って、増幅回路部３２ｂ単独での出力が評価される。
【００４１】
そして、分配位相シフト回路部３２ａ、増幅回路部３２ｂ、各々の評価が完了した後、図７（ｂ）に示すように、分配位相シフト回路部３２ａと、増幅回路部３２ｂとが、ハンダＳでハンダ付けされ、電気的に接続された接続状態にされる。
【００４２】
次いで、図８を参照して、分配位相シフト回路部３２ａを詳細に説明する。ここでは、仮にアンテナ装置１を送信アンテナとし、分配位相シフト回路部３２ａにより放射電極２１へ給電部２３Ａ，２３Ｂを介して電力の電気信号を給電することを前提として説明する。
【００４３】
分配位相シフト回路部３２ａは、分配回路部Ｃ１と、位相シフト回路部Ｃ２と、を備える。分配回路部Ｃ１は、ウィルキンソンの分配回路である。
【００４４】
分配回路部Ｃ１は、接続部３２１と、経路部３２２Ａ，３２２Ｂと、抵抗３２３と、を備える。接続部３２１は、増幅回路部３２ｂに電気的に接続される接続部である。経路部３２２Ａ，３２２Ｂは、それぞれ、接続部３２１から抵抗３２３までの経路パターンである。抵抗３２３は、経路部３２２Ａ，３２２Ｂの２つの出力端（経路部３２４Ａ，３２４Ｂの２つの入力端）の間に配置されている。
【００４５】
位相シフト回路部Ｃ２は、経路部３２４Ａ，３２４Ｂと、ピン接続部３２５Ａ，３２５Ｂと、を備える。経路部３２４Ａは、抵抗３２３からピン接続部３２５Ａまでの経路パターンである。経路部３２４Ｂは、抵抗３２３からピン接続部３２５Ｂまでの経路パターンである。ピン接続部３２５Ａは、給電部２３Ａが電気的に接続される接続部である。ピン接続部３２５Ｂは、給電部２３Ｂが電気的に接続される接続部である。
【００４６】
つまり、分配位相シフト回路部３２ａにおいて、増幅回路部３２ｂと給電部２３Ａ，２３Ｂとの間の経路が、接続部３２１−経路部３２２Ａ−（抵抗３２３）−経路部３２４Ａ−ピン接続部３２５Ａの経路Ｐ１と、接続部３２１−経路部３２２Ｂ−（抵抗３２３）−経路部３２４Ｂ−ピン接続部３２５Ｂの経路Ｐ２と、に分配されている。ここで、（放射する）無線信号の波長をλで表すと、経路部３２２Ａの経路長は、１／４λにとられている。経路部３２２Ｂの経路長は、１／４λにとられている。
【００４７】
ピン接続部３２５Ａは、抵抗３２３の近傍に配置されている。このため、経路部３２４Ａの経路長は、経路部３２４Ｂに比べて、無いものとみなせる。経路部３２４Ｂの経路長は、経路部３２４Ａの経路長よりも１／４λ分長い。この１／４λの長さの差は、位相９０°の差に対応する。つまり、接続部３２１に入力されて、経路Ｐ１を通る信号は、経路Ｐ２を通る信号に比べて位相が９０°シフトされる。
【００４８】
接続部３２１は、インピーダンスが５０［Ω］になるように線幅がとられている。経路部３２２Ａ，３２２Ｂは、接続部３２１側から見てインピーダンスが１００［Ω］となり、給電部側から見てインピーダンスが５０［Ω］となるように調整されている。具体的には、経路部３２２Ａ，３２２Ｂは、約７１（７０．７）［Ω］になるよう線幅がとられている。経路部３２４Ａ，３２４Ｂは、インピーダンスが５０［Ω］になるよう線幅がとられている。ピン接続部３２５Ａ，３２５Ｂは、インピーダンスが５０［Ω］にされている。接続部３２１、経路部３２２Ａ，３２２Ｂの線幅は、例えば、０．８［ｍｍ］にとられている。経路部３２４Ａ，３２４Ｂの線幅は、例えば、１．５［ｍｍ］にとられている。また、接続部３２１の線幅は、実際には、０．８［ｍｍ］よりも大きくとられる。
【００４９】
抵抗３２３は、経路Ｐ１と、経路Ｐ２とのアイソレーションを改善するために設けられている。また、図８に示すように、経路Ｐ１，Ｐ２の角部分（直角に経路が折れ曲がっている部分）は４５°の面取りがなされている。というのは、経路Ｐ１，Ｐ２に流れる電流は、経路が短くなるように経路幅の内側部分を通る。このため、経路Ｐ１，Ｐ２の経路幅の外側部分が不要であり、容量成分が増えるのを防ぐために、経路Ｐ１，Ｐ２の面取りがなされている。
【００５０】
接続部３２１に入力された給電用の電気信号は、２分配されて、それぞれ、経路Ｐ１，Ｐ２としての経路部３２２Ａ，３２２Ｂを通り、抵抗３２３に到達する。抵抗３２３後の経路Ｐ１の電気信号は、経路部３２４Ａを通り、ピン接続部３２５Ａに入力される。抵抗３２３後の経路Ｐ２の電気信号は、経路部３２４Ｂを通り、ピン接続部３２５Ｂに入力される。ピン接続部３２５Ａ，３２５Ｂへの到達時点で、経路Ｐ２の電気信号は、経路Ｐ１の電気信号に比べて位相が９０°遅くなっている。このため、放射電極２１からは、円偏波の無線信号が放射される。
【００５１】
ここで、アンテナにおける送信（アンテナへの電気信号の入力）における特性は、アンテナにおける受信（アンテナからの電気信号の出力）における特性と等価であるため、分配位相シフト回路部３２ａをＧＰＳ及びＧＬＯＮＡＳＳの受信専用のアンテナ装置１に適用できる。
【００５２】
次に、図９〜図１３を参照して、アンテナ装置１のアンテナ特性を説明する。図９に、アンテナ装置１の周波数に対するＳ１１を示す。図１０に、アンテナ装置１のスミスチャートを示す。図１１に、アンテナ装置１の周波数に対する軸比を示す。図１２に、アンテナ装置１の周波数に対する天頂方向の利得を示す。図１３に、アンテナ装置１の放射パターンを示す。
【００５３】
アンテナ装置１の各種特性をシミュレーションした。先ず、図９に示すように、アンテナ装置１の周波数に対するＳパラメータのＳ１１特性が得られた。図９において、ｍ１，ｍ２，ｍ３は、特性曲線（ここでは、Ｓ１１曲線）上の特定の周波数の点を示す。ｍ１を、ＧＰＳの周波数帯の中心周波数である１．５７５０［ＧＨｚ］とした。ｍ２を、ｍ１とｍ２との中間の周波数である１．５９００［ＧＨｚ］とした。ｍ３を、ＧＬＯＮＡＳＳの周波数帯の中心周波数である１．６０５０［ＧＨｚ］とした。このｍ１，ｍ２，ｍ３の周波数値は、図１０〜図１２でも同様である。
【００５４】
図９の結果により、ｍ１，ｍ２，ｍ３において、Ｓ１１［ｄＢ］が一般的な特性の良否の判断の基準値としての−１０［ｄＢ］よりも十分低い。このため、ＧＰＳ及びＧＬＯＮＡＳＳに対応する広帯域の周波数帯で、アンテナ装置１の共振が良好にとれている。
【００５５】
次いで、図１０に示すように、アンテナ装置１のスミスチャートが得られた。図１０において、円の中心の１．００が５０［Ω］に対応する。また、１．００を中心とし、０．５０及び２．００を結ぶ円が、Ｓ１１の−１０［ｄＢ］に対応する。図１０の結果により、ｍ１，ｍ２，ｍ３の点が、Ｓ１１の−１０［ｄＢ］の円内で１．００付近に集まっている。このため、ＧＰＳ及びＧＬＯＮＡＳＳに対応する広帯域の周波数帯で、アンテナ装置１のインピーダンスは、５０［Ω］でマッチングがとれている。
【００５６】
次いで、図１１に示すように、アンテナ装置１の周波数に対する軸比［ｄＢ］が得られた。図１１において、軸比が小さいほど、完全な円偏波に近付く。図１１の結果により、ｍ１，ｍ２，ｍ３において、軸比［ｄＢ］が一般的な特性の良否の判断の基準値としての３［ｄＢ］よりも十分低い。このため、ＧＰＳ及びＧＬＯＮＡＳＳに対応する広帯域の周波数帯で、アンテナ装置１の軸比を低く良好に得られる。軸比が低いと、信号が完全な円偏波に近付くため、アンテナ装置１の方向によらず、感度（利得）を一定にすることができる。
【００５７】
次いで、図１２に示すように、アンテナ装置１の周波数に対する天頂方向の利得［ｄＢｉ］が得られた。天頂方向とは、図４及び図５に示したＺ軸の正方向である。図１２において、実線が右旋円偏波での天頂方向の利得［ｄＢｉ］であり、点線が左旋円偏波での天頂方向の利得［ｄＢｉ］である。図１２において、ｍ１，ｍ２，ｍ３は、上記と同じ周波数で、右旋円偏波での天頂方向の利得曲線上の点である。ｍ４，ｍ５，ｍ６は、それぞれｍ１，ｍ２，ｍ３と同じ周波数で、左旋円偏波での天頂方向の利得曲線上の点である。
【００５８】
図１２の結果により、ｍ１，ｍ２，ｍ３において、右旋円偏波で高い天頂方向の利得［ｄＢｉ］が得られているとともに、ｍ４，ｍ５，ｍ６において、左旋円偏波で天頂方向の利得［ｄＢｉ］が低く抑えられている。このため、天頂方向の衛星と通信する右旋円偏波の通信規格であるＧＰＳ及びＧＬＯＮＡＳＳに対応する広帯域の周波数帯で、アンテナ装置１の天頂方向に高い利得［ｄＢｉ］が得られている。
【００５９】
次いで、図１３に示すように、アンテナ装置１の放射パターン特性が得られた。図１３の放射パターン特性は、図４及び図５に示したＹ軸及びＺ軸の平面（ＹＺ平面）における周波数１．５９［ＧＨｚ］における利得［ｄＢｉ］である。図１３において、実線が右旋円偏波での利得［ｄＢｉ］であり、点線が左旋円偏波での利得［ｄＢｉ］である。また、図１３において、ｍ７を右旋円偏波での利得曲線におけるＺ軸上の点とする。
【００６０】
図１３の結果により、ｍ７の利得の５．６２７８［ｄＢｉ］を頂点として、Ｚが正の半球面で右旋円偏波での高い利得が得られ、Ｚが負の半球面で右旋円偏波での利得が低く抑えられている。また、Ｚが正の半球面で左旋円偏波での利得が低く抑えられ、Ｚが正の半球面で左旋円偏波での高い利得が得られている。このため、天頂方向の衛星と通信する右旋円偏波の通信規格であるＧＰＳ及びＧＬＯＮＡＳＳの中間の周波数（ＧＰＳ及びＧＬＯＮＡＳＳに対応する周波数帯）で、アンテナ装置１の天頂方向の半円球に高い利得［ｄＢｉ］が得られている。
【００６１】
以上、本実施の形態によれば、アンテナ装置１は、アンテナ素子２と、基板部３と、を備える。アンテナ素子２は、アンテナ基体２２と、アンテナ基体２２の上面に設けられた放射電極２１と、放射電極２１に接続されてアンテナ基体２２を貫通された給電部２３Ａ，２３Ｂと、接地電極２４と、を備える。基板部３は、分配回路部Ｃ１と、位相シフト回路部Ｃ２と、を備える。分配回路部Ｃ１は、増幅回路部３２ｂの入力端が接続される接続部３２１と、接続部３２１に接続されて１／４λの経路長を有する経路部３２２Ａ，３２２Ｂと、経路部３２２Ａ，３２２Ｂに接続された抵抗３２３と、を備える。位相シフト回路部Ｃ２は、抵抗３２３から給電部２３Ａまでの経路であって、入力端が給電部２３Ａの近傍に設けられた経路部３２４Ａと、抵抗３２３から給電部２３Ｂまでの経路であって、経路部３２４Ａよりも１／４λ長い経路長を有する経路部３２４Ｂと、を備える。分配回路部Ｃ１及び位相シフト回路部Ｃ２は、基板部３の同一面に形成され、位相シフト回路部Ｃ２は、分配回路部Ｃ１の経路部３２２Ａ，３２２Ｂの内側に配置されている。
【００６２】
このため、２つの給電点及び１つの放射電極のアンテナ装置１において、ＧＰＳ及びＧＬＯＮＡＳＳの共用に、良好な軸比の帯域を広帯域にすることができ、入力端から給電部２３Ａ，２３Ｂ（２つの給電点）までの経路Ｐ１，Ｐ２のアイソレーションを改善でき、且つアンテナ素子２に接続する分配位相シフト回路部３２ａの面積を小さくすることができる。経路Ｐ１，Ｐ２のインピーダンスのバランスをとることで、広帯域で容易にインピーダンスマッチングをとることができる。分配位相シフト回路部３２ａの面積を小さくすることで、基板部３を小さくすることができ、アンテナ装置１を小型化できる。
【００６３】
また、経路部３２４Ａが、給電部２３Ａに接続されて出力端が給電部２３Ａの近傍に設けられるので、経路部３２４Ａ，３２４Ｂで不要な経路を削除でき、この不要な経路の挿入損失を無くすことができ、分配位相シフト回路部３２ａの面積をさらに小さくできる。
【００６４】
また、増幅回路部３２ｂは、基板部３の分配回路部Ｃ１及び位相シフト回路部Ｃ２と同一の面上に形成される。このため、部品点数の低減及びアンテナ装置１の低背化が図れ、アンテナ装置１をさらに小型化できる。特に、分配位相シフト回路部３２ａの面積が小さいため、基板部３の下面の分配位相シフト回路部３２ａ以外のスペースに、増幅回路部３２ｂを容易に形成できる。
【００６５】
なお、上記実施の形態における記述は、本発明に係るアンテナ装置の一例であり、これに限定されるものではない。
【００６６】
上記実施の形態では、アンテナ装置１に適用する周波数帯として、互いに近く且つ異なＧＰＳ及びＧＬＯＮＡＳＳの周波数帯の信号を受信する構成としたが、これに限定されるものではない。アンテナ装置１は、広帯域のアンテナ装置として、異なる複数の周波数帯又は単数でも広い周波数帯の通信に適用できる。
【００６７】
また、上記実施の形態では、アンテナ装置１を、ＧＰＳ及びＧＬＯＮＡＳＳの受信専用のアンテナ装置として説明したが、これに限定されるものではない。アンテナ装置１を、送信用又は送受信用のアンテナに適用してもよい。
【００６８】
その他、上記実施の形態におけるアンテナ装置の細部構成及び詳細動作に関しても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００６９】
１ アンテナ装置
２ アンテナ素子
２１ 放射電極
２２ アンテナ基体
２３Ａ，２３Ｂ 給電部
２４ 接地電極
３ 基板部
３１ 基板本体部
３２ 回路部
３２ａ 分配位相シフト回路部
Ｃ１ 分配回路部
Ｃ２ 位相シフト回路部
３２１ 接続部
３２２Ａ，３２２Ｂ，３２４Ａ，３２４Ｂ 経路部
３２３ 抵抗
３２５Ａ，３２５Ｂ ピン接続部
３２ｂ 増幅回路部
３２ｂ１ 端子部
３２ｃ 回路接続部
３２ｃ１，３２ｃ２ 接続端部
Ｐ１，Ｐ２ 経路
３ａ 同軸ケーブル
４ シールドケース
５ クッションシート
６ トップカバー
７ ブラケット
７ａ 通し穴
８ 螺子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナ素子と、
前記アンテナ素子の下面に設けられた基板部と、を備え、
前記アンテナ素子は、
誘電体、磁性体又は磁性誘電体からなるアンテナ基体と、
前記アンテナ基体の上面に設けられた放射電極と、
前記放射電極に接続されて前記アンテナ基体を貫通された第１及び第２の給電部と、
前記アンテナ基体の下面に設けられた接地電極と、を備え、
前記基板部は、
給電の入力端に接続される接続部と、前記接続部から２分配されて１／４λの経路長を有する第１及び第２の経路部と、前記第１及び第２の経路部の出力端に接続された抵抗と、を備える分配回路部と、
前記抵抗から前記第１の給電部までの経路であって、入力端が前記第１の給電部の近傍に設けられた第３の経路部と、前記抵抗から前記第２の給電部までの経路であって、前記第３の経路部よりも１／４λ長い経路長を有する第４の経路部と、を備える位相シフト回路部と、を備え、
前記分配回路部及び前記位相シフト回路部は、前記基板部の同一面に形成され、
前記位相シフト回路部は、前記分配回路部の前記第１及び第２の経路部の内側に配置されたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記基板部は、
前記分配回路部及び前記位相シフト回路部と同一面に形成され、前記分配回路部の前記接続部から出力される信号を増幅する増幅回路部を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１】
アンテナ素子と、
前記アンテナ素子の下面に設けられた基板部と、を備え、
前記アンテナ素子は、
誘電体、磁性体又は磁性誘電体からなるアンテナ基体と、
前記アンテナ基体の上面に設けられた放射電極と、
前記放射電極に接続されて前記アンテナ基体を貫通された第１及び第２の給電部と、
前記アンテナ基体の下面に設けられた接地電極と、を備え、
前記基板部は、
給電の入力端に接続される接続部と、前記接続部から２分配されて１／４λの経路長を有する第１及び第２の経路部と、前記第１及び第２の経路部の出力端に接続された抵抗と、を備える分配回路部と、
前記抵抗から前記第１の給電部までの経路であって、入力端が前記第１の給電部の近傍に設けられた第３の経路部と、前記抵抗から前記第２の給電部までの経路であって、前記第３の経路部よりも１／４λ長い経路長を有する第４の経路部と、を備える位相シフト回路部と、を備え、
前記分配回路部及び前記位相シフト回路部は、前記基板部の同一面に形成され、
前記位相シフト回路部は、前記分配回路部の前記第１及び第２の経路部の内側に配置されたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記基板部は、
前記分配回路部及び前記位相シフト回路部と同一面に形成され、前記分配回路部の前記接続部から出力される信号を増幅する増幅回路部を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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−１６９４７（Ｐ２０１３−１６９４７Ａ）
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４６９８１（Ｐ２０１１−１４６９８１）
【出願日】平成２３年７月１日（２０１１．７．１）
【出願人】（０００００６２２０）ミツミ電機株式会社 (1,651)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１日（２０１１．７．１）
【出願人】（０００００６２２０）ミツミ電機株式会社 (1,651)
【Ｆターム（参考）】
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