統合アンテナ
【課題】局部的に生じる放射電力の低下を抑制することができる統合アンテナを提供する。
【解決手段】グランド板と、グランド板の一面上における中央部に配置され、グランド板の一面に垂直な方向に指向性を有する第１のアンテナと、第１のアンテナとは異なる周波数であって互いに略同一の周波数で動作し、グランド板の一面上における中央部周辺の周辺部に、お互いの間に第１のアンテナを挟む態様で配置された第２のアンテナ及び第３のアンテナと、を備える統合アンテナであって、第２のアンテナ及び第３のアンテナは、グランド板の一面に沿う成分を含む水平部をそれぞれ有し、水平部における第１のアンテナの電気的中心から最短距離の部位において、第１のアンテナに流れる電流によって誘起される誘起電流の位相が、第２のアンテナと第３のアンテナとで異なる。
【解決手段】グランド板と、グランド板の一面上における中央部に配置され、グランド板の一面に垂直な方向に指向性を有する第１のアンテナと、第１のアンテナとは異なる周波数であって互いに略同一の周波数で動作し、グランド板の一面上における中央部周辺の周辺部に、お互いの間に第１のアンテナを挟む態様で配置された第２のアンテナ及び第３のアンテナと、を備える統合アンテナであって、第２のアンテナ及び第３のアンテナは、グランド板の一面に沿う成分を含む水平部をそれぞれ有し、水平部における第１のアンテナの電気的中心から最短距離の部位において、第１のアンテナに流れる電流によって誘起される誘起電流の位相が、第２のアンテナと第３のアンテナとで異なる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異なる周波数で動作する複数のアンテナが同一のグランド上に配置された統合アンテナに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
異なる周波数で動作する複数のアンテナが同一のグランド上に配置された統合アンテナとして、例えば特許文献１が開示されている。
【０００３】
特許文献１に示される統合アンテナでは、グランド板の中央部付近に、天頂方向（ｚ軸方向）に指向性を有する第１のアンテナが配置され、グランド板の端部付近に、水平方向に指向性を有する第２のアンテナが配置されている。
【特許文献１】特開２００５−２６０５６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に示される統合アンテナに対し、例えば第２のアンテナと同一構成の第３のアンテナが、第１のアンテナを間に挟んで第２のアンテナと対称配置（ｘ軸対称の配置）とされ、第２のアンテナと第３のアンテナとがダイバーシチアンテナとすることで、感度の向上を図るようにした統合アンテナが考えられる。
【０００５】
しかしながら、本発明者が確認したところ、このような構造の統合アンテナでは、第１のアンテナがグランド板の中央部付近に配置されているにも関わらず、第１のアンテナのｘｚ面の指向性において、仰角方向に放射電力が急激に低下する部位が生じることが明らかとなった。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑み、局部的に生じる放射電力の低下を抑制することができる統合アンテナを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
詳細は後述するが、本発明者は、第１のアンテナの指向性において、仰角方向に放射電力が急激に低下する部位が生じる原因が、第１のアンテナに流れる電流によって、第１のアンテナを間に挟んで配置された第２のアンテナ及び第３のアンテナの各水平部に誘起電流が生じ、この誘起電流による電波が第１のアンテナの電波と干渉することによるものとの考えに至った。具体的には、第２のアンテナの水平部における第１のアンテナの電気的中心から最短距離の部位と、第３のアンテナの水平部における第１のアンテナの電気的中心から最短距離の部位とにおいて、誘起電流の位相が同位相であると、第１のアンテナの指向性において、仰角方向に放射電力が急激に低下する部位が生じることを確認した。
【０００８】
この知見に基づき、請求項１に記載の発明は、グランド板と、グランド板の一面上における中央部に配置され、グランド板の一面に垂直な方向に指向性を有する第１のアンテナと、第１のアンテナとは異なる周波数であって互いに略同一の周波数で動作し、グランド板の一面上における中央部周辺の周辺部に、お互いの間に第１のアンテナを挟む態様で配置された第２のアンテナ及び第３のアンテナと、を備える統合アンテナであって、第２のアンテナ及び第３のアンテナは、グランド板の一面に沿う成分を含む水平部をそれぞれ有し、水平部における第１のアンテナの電気的中心から最短距離の部位において、第１のアンテナに流れる電流によって誘起される誘起電流の位相が、第２のアンテナと第３のアンテナとで異なることを特徴とする。
【０００９】
このように本発明では、グランド板の中央部に、グランド板の一面に垂直な方向に指向性を有する第１のアンテナを配置している。したがって、従来同様、第１のアンテナの指向性のピークをほぼ垂直方向とすることができる。
【００１０】
また、水平部を有する第２のアンテナ及び第３のアンテナには、第１のアンテナに流れる電流（電流に伴う放射された電波）によって誘起された誘起電流が流れることとなる。これに対し、本発明では、第２のアンテナの水平部における第１のアンテナの電気的中心から最短距離の部位と、第３のアンテナの水平部における第１のアンテナの電気的中心から最短距離の部位とにおいて、誘起電流の位相が異なるようにしている。したがって、垂直方向に指向性を有する第１のアンテナがグランド板の中央部に配置され、第１のアンテナとは動作周波数の異なる第２のアンテナ及び第３のアンテナが、第１のアンテナを間に挟むように配置された構成でありながら、第１のアンテナの指向性において、仰角方向に局部的に生じる放射電力の低下を抑制することができる。
【００１１】
なお、グランド板の一面に沿う成分を含む水平部としては、グランド板の一面と平行な形態に限定されず、グランド板の一面とのなす角度が９０°以外の形態（垂直以外の形態）とすれば良い。このような形態であれば、第１のアンテナに流れる電流によって誘起電流が生じることとなる。
【００１２】
具体的には、請求項２に記載のように、第２のアンテナにおける給電側とは異なる端部から最短距離の部位までの電気長と、第３のアンテナにおける給電側とは異なる端部から最短距離の部位までの電気長とが異なる構成としても良い。
【００１３】
誘起電流は、給電側とは異なる端部への進行波と端部からの反射波との合成波である。したがって、第２のアンテナと第３のアンテナとで、端部から最短距離の部位までの電気長が異なる構成とすると、第２のアンテナの水平部における最短距離の部位と、第３のアンテナの水平部における最短距離の部位とにおいて、誘起電流の位相を異なるものとすることができる。その際、例えば請求項３に記載のように、第２のアンテナの形状と第３のアンテナの形状を互いに異なるものとしても良い。
【００１４】
また、請求項４に記載のように、第１のアンテナの電気的中心から第２のアンテナの水平部までの最短距離と、第１のアンテナの電気的中心から第３のアンテナの水平部までの最短距離とが異なる構成としても良い。
【００１５】
このような構成とすると、第１のアンテナから放射された電波の位相が、第２のアンテナの水平部における最短距離の部位と第３のアンテナの水平部における最短距離の部位とで異なることとなる。これにより、第２のアンテナの水平部における最短距離の部位と、第３のアンテナの水平部における最短距離の部位とにおいて、誘起電流の位相を異なるものとすることができる。
【００１６】
請求項５に記載のように、水平部の長手方向において、第２のアンテナの水平部と第３のアンテナの水平部とが略平行とされた構成とすると良い。さらには、請求項６に記載のように、第２のアンテナの水平部と第３のアンテナの水平部とが、グランド板の一面に平行な同一平面に配置された構成とすると良い。このような構成とすると、アンテナの構造や配置を簡素化することができる。そして、統合アンテナの体格を小型化することも可能である。
【００１７】
また、請求項１〜６いずれかに記載の発明においては、請求項７に記載のように、第１のアンテナとして、ＶＩＣＳ用アンテナ、ＧＰＳ用アンテナ、及びＥＴＣ用アンテナのいずれかを採用し、第２のアンテナ及び第３のアンテナとしてＤＣＭ用アンテナを採用した構成としても良い。これによれば、車両に搭載される統合アンテナとして好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
先ず、本発明の実施形態について説明する前に、本発明者が本発明を創作するに至った経緯を説明する。図１は、後述する実施形態においても基本となる統合アンテナの概略構成を示す斜視図である。
【００１９】
図１に示す統合アンテナ１では、グランド板３の一面３ａの中央部に、一面３ａに対して垂直方向に指向性（換言すれば、天頂方向に指向性）を有する第１のアンテナ５が配置されている。
【００２０】
このように、グランド板３の一面３ａに対して垂直方向（ｚ軸方向）に指向性を有する第１のアンテナ５をグランド板３の中央部に配置すると、第１のアンテナ５の指向性のピークをほぼ垂直方向とすることができる。この点については、本出願人による特開２００５−２６０５６６号公報に記載されているので、ここでの説明は省略する。
【００２１】
また、グランド板３の一面３ａの中央部周辺に位置する周辺部には、第１のアンテナ５を間に挟む態様（ｙ軸方向において、間に挟む態様）で第２のアンテナ７と第３のアンテナ９が配置されている。第２のアンテナ７と第３のアンテナ９は、第１のアンテナ５とは異なる周波数であって互いにほぼ等しい周波数で動作するように構成されており、２つのアンテナ７，９を適宜切り替えることで、ダイバーシチ効果（例えば空間ダイバーシチ効果）が得られるようになっている。
【００２２】
また、第２のアンテナ７及び第３のアンテナ９は、グランド板３の一面３ａに沿う成分を含む水平部１１，１３をそれぞれ有している。ここで、水平部１１，１３とは、アンテナ７，９（を構成する各エレメント）のうち、グランド板３の一面３ａとのなす角度が９０°以外（垂直以外）の部分である。すなわち、水平部１１，１３とは、第１のアンテナに流れる電流によって誘起電流１５，１７が生じる部分である。
【００２３】
このような構成の統合アンテナ１について、本発明者は詳細な検討を行った。図２は、指向性の解析に用いた統合アンテナの具体的な構成例を示す斜視図である。図３は、図２における各アンテナの位置関係を示す平面図である。図４は、第１のアンテナにおけるｘｚ面の指向性の解析結果を示す図である。図４においては、第１のアンテナ５を微小ダイポールとしたものを破線で、破線に示す構成に対し第２のアンテナ及び第３のアンテナも微小ダイポールとし、最短距離の部位における誘起電流の位相を同位相としたものを一点鎖線で、一点鎖線に示す構成に対し誘起電流の位相を逆位相としたものを実線で示している。図５は、全てのアンテナを微小ダイポールとしたときの、第１のアンテナの指向性の解析結果を示す図であり、（ａ）は最短距離の部位における誘起電流の位相が同位相、（ｂ）が最短距離の部位における誘起電流の位相が逆位相の場合である。
【００２４】
検討に当たり、第１のアンテナ５を、周波数（中心周波数）が２．５ＧＨｚのＶＩＣＳ用アンテナとし、第２のアンテナ７及び第３のアンテナ９を、周波数（中心周波数）が８６０ＭＨｚのＤＣＭ用アンテナとした。そして、配置スペースの制約（例えば高さ２０ｍｍ以下）を考慮し、図２に示すように、第２のアンテナ７及び第３のアンテナ９として、同一構成の逆Ｌアンテナ（逆Ｌ字状のモノポールアンテナ）を採用した。具体的には、グランド板３の垂直な垂直部１９，２１（換言すればモノポール部）の長さ（高さ）を２０ｍｍ程度とし、水平部１１，１３（換言すれば、伝送線路部）の長さを７０ｍｍ程度した。また、逆Ｌアンテナの主偏波を垂直偏波とするために、給電位置をグランド板３の端部（端面）から１５ｍｍ以上離れた位置とした。そして、図２及び図３に示すように、水平部１１，１３をグランド板３の一面３ａと平行な同一平面に配置し、その長手方向において、ｘ軸を中線として水平部１１，１３同士が完全に対向するように互いに平行に配置した。すなわち、水平部１１，１３をｘ軸対称（線対称）の配置とした。
【００２５】
また、解析を簡素化するために、第１のアンテナ５を微小ダイポールとし、図３に示すように、第１のアンテナ５の電気的中心２３（電気長の中心）を、第２のアンテナ７と第３のアンテナ９の間、より詳しくは図３に破線で囲まれた水平部１１と水平部１３の対向領域内に配置した。そして、第１のアンテナ５の電気的中心２３を、各軸の原点と一致させた。すなわち、水平部１１における電気的中心２３から最短距離の部位２５（以下、最短部位２５と示す）までの距離Ｌ１と、水平部１３における電気的中心２３から最短距離の部位２７（以下、最短部位２７と示す）までの距離Ｌ２とが、互いに等しい構成とした。
【００２６】
このような構成の統合アンテナ１について指向性の解析を行ったところ、図４に破線で示すように、第１のアンテナ５のｘｚ面の指向性において、仰角６０°付近で放射電力が急激に低下する部位が生じることが明らかとなった。なお、仰角とは、グランド板３の一面３ａに沿うｘ軸方向（水平方向）を０°としたときの角度である。
【００２７】
次に、本発明者は、第２のアンテナ７及び第３のアンテナ９を、水平部１１，１３と同位置の微小ダイポールに置き換えて、同様の解析を行った。その結果、図４に一点鎖線で示すように、第１のアンテナ５のｘｚ面の指向性において、仰角６０°付近で逆Ｌアンテナと同程度の放射電力の低下が確認された。このことは、図５（ａ）からも明らかである。なお、図５（ａ）に示す符号２９は、局部的な電力低下部である。このように、微小ダイポールに置き換えた場合にも、逆Ｌアンテナと同様の結果を示した。すなわち、微小ダイポールへの置き換えで、逆Ｌアンテナの結果を再現することができた。
【００２８】
図２及び図３に示す構成、及び、第２のアンテナ７及び第３のアンテナ９を微小ダイポールに置き換えた構成においては、上述したように、電気的中心２３から最短部位２５までの距離Ｌ１と、電気的中心２３から最短部位２７までの距離Ｌ２が等しくなっている。また、水平部１１，１３がｘ軸対称となっている。したがって、電流が流れて第１のアンテナ５から放射された電波の電磁界の影響により、水平部１１，１３に誘起される誘起電流１５，１７は、各最短部位２５，２７において位相が互いに等しくなっている。このような関係において、誘起電流１５，１７に基づく電波が第１のアンテナ５から放射された電波と干渉し、互いに打ち消し合って、放射電力が低下する部位が生じるのではないかと考えた。すなわち、最短部位２５，２７における誘起電流１５，１７の位相を互いに異なるものとすれば、局部的な放射電力の低下を抑制できるのではないかと考えた。なお、最短部位２５，２７は、第１のアンテナ５の電気的中心２３に対して最短距離に位置するので、第１のアンテナ５の電波との干渉に際して影響が大きいものと考えられる。
【００２９】
そこで、本発明者は、第２のアンテナ７と第３のアンテナ９を微小ダイポールに置き換えた構成において、最短部位２５，２７における誘起電流１５，１７の位相を互いに逆位相（位相が１８０°ずれた状態）として、同様の解析を行った。その結果、図４に実線で示すように、第１のアンテナ５のｘｚ面の指向性において、仰角６０°付近での放射電力低下を、同位相の場合よりも抑制（８ｄＢ程度落ち込みを抑制）できることを見出した。このことは、図５（ｂ）に示す電力低下部２９からも明らかである。また、図５（ａ）と図５（ｂ）との比較から、最短部位２５，２７における誘起電流１５，１７の位相を互いに異なるもの（例えば逆位相）とすると、電力低下部２９がｘｚ面からｙ軸方向にずれることも見出した。本発明は、この知見に基づくものであり、以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
【００３０】
（第１実施形態）
図６は、第１実施形態に係る統合アンテナの概略構成を示す斜視図である。図７は、図６における各アンテナの位置関係を示す平面図である。なお、以下において、上述（図１〜図３）した構成と同一の要素には、同一の符号を付与するものとする。
【００３１】
本実施形態に係る統合アンテナ１は、その基本構造が図１に示した統合アンテナ１と同じであり、例えば９０ｍｍ角のグランド板３上に、３つのアンテナ５，７，９が配置されて構成されている。
【００３２】
第１のアンテナ５としては、グランド板３の一面３ａに垂直な方向（天頂方向）に指向性を有するものであれば採用することができる。本実施形態においては、第１のアンテナ５として図６に示すようにスロットアンテナを採用しており、これにより、周波数（中心周波数）が２．５ＧＨｚのＶＩＣＳ用アンテナが構成されている。そして、第１のアンテナ５は、グランド板３の一面３ａにおける中央部に配置されている。
【００３３】
第２のアンテナ７としては、第１のアンテナ５とは異なる周波数で動作し、水平部１１を有しているものであれば採用することができる。本実施形態においては、第２のアンテナ７として例えば図６に示すように逆Ｌ字型のモノポールアンテナを採用しており、これにより、周波数（中心周波数）が８６０ＭＨｚのＤＣＭ用アンテナが構成されている。そして、第２のアンテナ７は、グランド板３の一面３ａにおける中央部周辺の周辺部に配置されている。
【００３４】
第３のアンテナ９としては、第１のアンテナ５とは異なる周波数で動作し、水平部１３を有しているものであれば採用することができる。本実施形態においては、第３のアンテナ９として、水平部１３の先端が折り曲げられて接地された折り返しモノポールアンテナを採用しており、これにより、第２のアンテナ７同様、周波数（中心周波数）が８６０ＭＨｚのＤＣＭ用アンテナが構成されている。そして、第３のアンテナ９は、グランド板３の一面３ａにおける中央部周辺の周辺部に、第２のアンテナ７との間に第１のアンテナ５を挟む態様で配置されている。すなわち、ｙ軸方向において、第２のアンテナ７（水平部１１）、第１のアンテナ５（電気的中心２３）、第３のアンテナ９（水平部１３）の順で配置されている。
【００３５】
このように、第２のアンテナ７と第３のアンテナ９は、第１のアンテナ５とは異なる周波数であって互いにほぼ等しい周波数（中心周波数）で動作するように構成されており、２つのアンテナ７，９を適宜切り替えることで、ダイバーシチ効果（例えば空間ダイバーシチ効果や指向性ダイバーシチ効果）が得られるようになっている。なお、中心周波数がほぼ同じであれば、帯域は特に限定されない。したがって、中心周波数及び帯域がほぼ同じ構成としても良いし、中心周波数が同じで帯域の異なる構成としても良い。
【００３６】
また、本実施形態においても、配置スペースの制約（高さ２０ｍｍ以下）を考慮し、第２のアンテナ７と第３のアンテナ９の垂直部１９，２１の長さ（高さ）が２０ｍｍ程度となっており、図６及び図７に示すように、水平部１１，１３がグランド板３の一面３ａと平行な同一平面に配置されている。すなわち、第２のアンテナ７と第３のアンテナ９の指向性が、グランド板３の一面３ａに沿う方向（水平方向）となっている。また、第１のアンテナ５の電気的中心２３が、第２のアンテナ７と第３のアンテナ９の間、より具体的には図７に破線で囲まれた水平部１１と水平部１３の対向領域内に配置されている。そして、電気的中心２３から水平部１１の最短部位２５までの距離Ｌ１と、電気的中心２３から水平部１３の最短部位２７までの距離Ｌ２が等しくなっている。
【００３７】
さらに、本実施形態においては、第２のアンテナ７と第３のアンテナ７の電気長がほぼ等しく構成されており、第２のアンテナ７における給電側の端部３１（給電点）から最短部位２５までの電気長と、第３のアンテナ９における給電側の端部３３（給電点）から最短部位２７までの電気長とが異なる長さとなっている。そして、これにより、第２のアンテナ７における給電側の端部３１とは異なる端部３５から最短部位２５までの電気長と、第３のアンテナ９における給電側の端部３３とは異なる端部３７から最短部位２７までの電気長とが異なる長さとなっている。
【００３８】
次に、このように構成される統合アンテナ１において、第１のアンテナ５におけるｘｚ面の指向性について図８を用いて説明する。図８は、本実施形態に係る統合アンテナ１において、第１のアンテナ５におけるｘｚ面の指向性の測定結果を示す図である。図８においては、本実施形態に係る統合アンテナの測定結果を実線で示し、比較対象の測定結果を破線で示している。なお、比較対象は、本実施形態に係る統合アンテナ１を、第２のアンテナ７も第３のアンテナ９同様に折り返しモノポールアンテナとし、第２のアンテナ７における給電側の端部３１とは異なる端部３５から最短部位２５までの電気長と、第３のアンテナ９における給電側の端部３３とは異なる端部３７から最短部位２７までの電気長とが互いに等しい構成としたものである。また、測定に当たり、第１のアンテナ５の電気的中心２３を、各軸の原点と一致させている。
【００３９】
図８に破線で示すように、比較対象では、第１のアンテナ５のｘｚ面の指向性において、仰角６０°付近で放射電力の急激な低下が確認された。これに対し、本実施形態に係る統合アンテナ１では、図８に実線で示すように、第１のアンテナ５のｘｚ面の指向性において、仰角６０°付近での放射電力低下を、比較対象よりも抑制できることが確認された。
【００４０】
このように放射電力低下を抑制できる理由としては、以下のことが考えられる。第１のアンテナ５に流れる電流によって、水平部１１，１３には誘起電流１５，１７が生じる。この誘起電流１５，１７は、給電側とは異なる端部３５，３７への進行波と該端部３５，３７からの反射波との合成波である。したがって、第２のアンテナ７と第３のアンテナ９とで、端部３５，３７から最短部位２５，２７までの電気長が異なる構成とすると、第２のアンテナ７の水平部１１における最短部位２５と、第３のアンテナ９の水平部１３における最短部位２７とにおいて、誘起電流１５，１７の位相が異なることとなる。これにより、第１のアンテナ５のｘｚ面の指向性において、仰角６０°付近での放射電力低下が抑制されるものと考えられる。
【００４１】
以上より、本実施形態に係る統合アンテナ１によれば、局部的に生じる放射電力の低下を抑制することができる。
【００４２】
なお、本実施形態においては、第２のアンテナ７と第３のアンテナ９の形状を互いに異なる形状とする例を示した。しかしながら、第２のアンテナ７と第３のアンテナ９を、同一構成としても良い。例えば図９に示す統合アンテナ１においては、第２のアンテナ７及び第３のアンテナ９として、同一構成の逆Ｌアンテナを採用している。そして、水平部１１，１３がグランド板３の一面３ａに沿う同一平面に配置され、且つ、その長手方向において互いに平行となっている。また、第１のアンテナ５の電気的中心２３と各水平部１１，１３における最短部位２５，２７までの距離Ｌ１，Ｌ２が等しくなっている。さらには、給電側の端部３１，３３は、一方が他方に対してｘ軸に沿ってずれ、これにより、第２のアンテナ７における給電側の端部３３から最短部位２５までの電気長と、第３のアンテナ９における給電側の端部３５から最短部位２７までの電気長とが、互いに異なる長さとなっている。そして、第２のアンテナ７における端部３５から最短部位２５までの電気長と、第３のアンテナ９における端部３７から最短部位２７までの電気長とが、異なる長さとなっている。このような構成の統合アンテナ１としても、本実施形態に示した統合アンテナ１と同様乃至はそれに準ずる効果を発揮することができる。図９は、変形例を示す平面図である。
【００４３】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を、図１０及び図１１に基づいて説明する。図１０は、第２実施形態に係る統合アンテナの概略構成を示す斜視図である。図１１は、図１０における各アンテナの位置関係を示す平面図である。なお、上述した構成と同一の要素には、同一の符号を付与するものとする。
【００４４】
第１実施形態においては、第２のアンテナ７における給電側の端部３１（給電点）から最短部位２５までの電気長と、第３のアンテナ９における給電側の端部３３（給電点）から最短部位２７までの電気長とを異なる長さとすることで、第２のアンテナ７の水平部１１における最短部位２５と、第３のアンテナ９の水平部１３における最短部位２７とにおいて、誘起電流１５，１７の位相を異なる位相とし、局部的に生じる放射電力の低下を抑制する例を示した。これに対し、本実施形態においては、第１のアンテナ５の電気的中心２３から第２のアンテナ７の水平部１１における最短部位２５までの距離Ｌ１と、電気的中心２３から第３のアンテナ９の水平部１３における最短部位２７までの距離Ｌ２とを異なる長さとすることで、局部的に生じる放射電力の低下を抑制する点を特徴とする。
【００４５】
一例として図１０及び図１１に示すように、本実施形態に係る統合アンテナ１では、ＶＩＣＳ用アンテナである第１のアンテナ５として、第１実施形態と同じスロットアンテナを採用している。また、ＤＣＭ用アンテナである第２のアンテナ７と第３のアンテナ９として、逆Ｌアンテナを採用している。
【００４６】
第２のアンテナ７と第３のアンテナ９の水平部１１，１３は、グランド板３の一面３ａと平行な同一平面に配置され、その長手方向において、水平部１１，１３はｘ軸対称となっている。第１のアンテナ５の電気的中心２３は、第２のアンテナ７と第３のアンテナ９の間、より詳しくは図１１に破線で囲まれた水平部１１と水平部１３の対向領域内に配置されている。しかしながら、本実施形態においては、電気的中心２３の位置が、ｙ軸方向において、第３のアンテナ９（水平部１３）側に偏っている。すなわち、図１１に示すように、電気的中心２３から第２のアンテナ７の最短部位２５までの距離Ｌ１が、電気的中心２３から第３のアンテナ９の最短部位２７までの距離Ｌ２よりも長くなっている。
【００４７】
次に、このように構成される統合アンテナ１において、第１のアンテナ５におけるｘｚ面の指向性について図１２を用いて説明する。図１２は、本実施形態に係る統合アンテナ１において、第１のアンテナ５におけるｘｚ面の指向性の測定結果を示す図である。図１２においては、第２実施形態に係る統合アンテナの測定結果を実線で示し、比較対象の測定結果を破線で示している。なお、比較対象は、本実施形態に係る統合アンテナ１を、距離Ｌ１，Ｌ２が互いに等しい構成（電気的中心が各軸の原点上）としたものである。
【００４８】
図１１に破線で示すように、比較対象では、第１のアンテナ５のｘｚ面の指向性において、仰角６０°付近で放射電力が急激に低下することが確認された。これに対し、本実施形態に係る統合アンテナ１では、図１２に実線で示すように、第１のアンテナ５のｘｚ面の指向性において、仰角６０°付近での放射電力低下を、比較対象よりも抑制できることが確認された。
【００４９】
このように放射電力低下を抑制できる理由としては、以下のことが考えられる。距離Ｌ１，Ｌ２が互いに異なる長さであると、電流が流れて第１のアンテナ５から放射される電波の位相は、第２のアンテナ７の水平部１１における最短部位２５と第３のアンテナ９の水平部１３における最短部位２７とで異なることとなる。また、第２のアンテナ７における端部３５から最短部位２５までの電気長と、第３のアンテナ９における端部３７から最短部位２７までの電気長は、互いに等しい長さとなっている。したがって、第２のアンテナ７の水平部１１における最短部位２５と、第３のアンテナ９の水平部１３における最短部位２７とにおいて、誘起電流１５，１７の位相が異なることとなり、その結果、第１のアンテナ５のｘｚ面の指向性において、仰角６０°付近での放射電力低下が抑制されるものと考えられる。
【００５０】
また、本発明者は、電気的中心２３の効果的なずれ量についても検討した。その解析結果を図１３に示す。その際、図１１に示すように、各軸の原点を電気的中心の基準点２３ａとし、基準点２３ａと電気的中心２３とのｙ軸方向のずれを差Ｄとした。そして、差Ｄと、電力最大値（Ｍａｘ）と局部的に電力低下した部位の電力値（Ｍｉｎ）との電力差との関係について精査した。図１３に示すように、電気的中心２３を基準点２３ａからｙ軸方向に少なくとも５ｍｍ以上、好ましくは１５ｍｍ以上、より好ましくは２０ｍｍ以上ずらすと、局部的な電力の低下を効果的に抑制することができる。
【００５１】
以上より、本実施形態に係る統合アンテナ１によれば、局部的に生じる放射電力の低下を抑制することができる。
【００５２】
なお、本実施形態においては、第１のアンテナ５（電気的中心２３）が、第３のアンテナ９（水平部１３）側に偏って配置される例を示した。しかしながら、第１のアンテナ５（電気的中心２３）が、第２のアンテナ７（水平部１１）側に偏って配置された構成としても良い。
【００５３】
また、本実施形態においては、第２のアンテナ７と第３のアンテナ９の構成が同一である例を示した。しかしながら、第２のアンテナ７と第３のアンテナ９とを、互いに異なる形状としても良い。また、第１実施形態（変形例を含む）に示した構成と本実施形態に示した構成とを組み合わせた構成としても良い。その場合、第２のアンテナ７の水平部１１における最短部位２５と、第３のアンテナ９の水平部１３における最短部位２７とにおいて、誘起電流１５，１７の位相が異なるように組み合わせれば良い。
【００５４】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
【００５５】
ｚ軸方向に指向性を有する第１のアンテナ５は、ｙ軸方向（又はｘ軸方向）において、少なくとも第２のアンテナ７と第３のアンテナ９との間に配置されれば良い。本実施形態においては、第２のアンテナ７の水平部１１と第３のアンテナ９の水平部１３が、グランド板３の一面３ａと平行な同一平面に配置される例を示したが、一面３ａと平行でない同一平面に配置された構成（例えば垂直部１９，２１の長さが異なる構成や水平部１１，１３がグランド板３の一面３ａの平行でない構成）としても良いし、同一平面に配置されない構成としても良い。また、本実施形態においては、長手方向において、水平部１１，１３が互いに平行である例を示したが、平行でない構成（例えばハの字状の配置）としても良い。さらには、本実施形態においては、第１のアンテナ５の電気的中心２３が水平部１１，１３の対向領域間に配置される例を示したが、電気的中心２３が水平部１１，１３の対向領域間に配置されない構成としても良い。
【００５６】
本実施形態においては、第１のアンテナ５がＶＩＣＳ用アンテナであり、第２のアンテナ７と第３のアンテナ９がＤＣＭ用アンテナである例を示したが、アンテナの適用例としては上記例に限定されるものではない。例えば第１のアンテナ５を、ＧＰＳ用やＥＴＣ用のアンテナとしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】基本となる統合アンテナの概略構成を示す斜視図である。
【図２】指向性の解析に用いた統合アンテナの具体的な構成例を示す斜視図である。
【図３】図２における各アンテナの位置関係を示す平面図である。
【図４】第１のアンテナにおけるｘｚ面の指向性の解析結果を示す図である。
【図５】全てのアンテナを微小ダイポールとしたときの、第１のアンテナの指向性の解析結果を示す図であり、（ａ）は最短距離の部位における誘起電流の位相が同位相、（ｂ）が最短距離の部位における誘起電流の位相が逆位相の場合を示している。
【図６】第１実施形態に係る統合アンテナの概略構成を示す斜視図である。
【図７】図６における各アンテナの位置関係を示す平面図である。
【図８】第１実施形態に係る統合アンテナにおいて、第１のアンテナにおけるｘｚ面の指向性の測定結果を示す図である。
【図９】変形例を示す平面図である。
【図１０】第２実施形態に係る統合アンテナの概略構成を示す斜視図である。
【図１１】図１０における各アンテナの位置関係を示す平面図である。
【図１２】第２実施形態に係る統合アンテナにおいて、第１のアンテナにおけるｘｚ面の指向性の測定結果を示す図である。
【図１３】電気的中心のずれ量と電力差との関係の解析結果を示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１・・・統合アンテナ
３・・・グランド板
５・・・第１のアンテナ
７・・・第２のアンテナ
９・・・第３のアンテナ
１１，１３・・・水平部
１５，１７・・・誘起電流
２３・・・電気的中心
２５，２７・・・最短部位（最短距離の部位）
３１，３３・・・周辺部（給電側とは異なる周辺部）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異なる周波数で動作する複数のアンテナが同一のグランド上に配置された統合アンテナに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
異なる周波数で動作する複数のアンテナが同一のグランド上に配置された統合アンテナとして、例えば特許文献１が開示されている。
【０００３】
特許文献１に示される統合アンテナでは、グランド板の中央部付近に、天頂方向（ｚ軸方向）に指向性を有する第１のアンテナが配置され、グランド板の端部付近に、水平方向に指向性を有する第２のアンテナが配置されている。
【特許文献１】特開２００５−２６０５６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に示される統合アンテナに対し、例えば第２のアンテナと同一構成の第３のアンテナが、第１のアンテナを間に挟んで第２のアンテナと対称配置（ｘ軸対称の配置）とされ、第２のアンテナと第３のアンテナとがダイバーシチアンテナとすることで、感度の向上を図るようにした統合アンテナが考えられる。
【０００５】
しかしながら、本発明者が確認したところ、このような構造の統合アンテナでは、第１のアンテナがグランド板の中央部付近に配置されているにも関わらず、第１のアンテナのｘｚ面の指向性において、仰角方向に放射電力が急激に低下する部位が生じることが明らかとなった。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑み、局部的に生じる放射電力の低下を抑制することができる統合アンテナを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
詳細は後述するが、本発明者は、第１のアンテナの指向性において、仰角方向に放射電力が急激に低下する部位が生じる原因が、第１のアンテナに流れる電流によって、第１のアンテナを間に挟んで配置された第２のアンテナ及び第３のアンテナの各水平部に誘起電流が生じ、この誘起電流による電波が第１のアンテナの電波と干渉することによるものとの考えに至った。具体的には、第２のアンテナの水平部における第１のアンテナの電気的中心から最短距離の部位と、第３のアンテナの水平部における第１のアンテナの電気的中心から最短距離の部位とにおいて、誘起電流の位相が同位相であると、第１のアンテナの指向性において、仰角方向に放射電力が急激に低下する部位が生じることを確認した。
【０００８】
この知見に基づき、請求項１に記載の発明は、グランド板と、グランド板の一面上における中央部に配置され、グランド板の一面に垂直な方向に指向性を有する第１のアンテナと、第１のアンテナとは異なる周波数であって互いに略同一の周波数で動作し、グランド板の一面上における中央部周辺の周辺部に、お互いの間に第１のアンテナを挟む態様で配置された第２のアンテナ及び第３のアンテナと、を備える統合アンテナであって、第２のアンテナ及び第３のアンテナは、グランド板の一面に沿う成分を含む水平部をそれぞれ有し、水平部における第１のアンテナの電気的中心から最短距離の部位において、第１のアンテナに流れる電流によって誘起される誘起電流の位相が、第２のアンテナと第３のアンテナとで異なることを特徴とする。
【０００９】
このように本発明では、グランド板の中央部に、グランド板の一面に垂直な方向に指向性を有する第１のアンテナを配置している。したがって、従来同様、第１のアンテナの指向性のピークをほぼ垂直方向とすることができる。
【００１０】
また、水平部を有する第２のアンテナ及び第３のアンテナには、第１のアンテナに流れる電流（電流に伴う放射された電波）によって誘起された誘起電流が流れることとなる。これに対し、本発明では、第２のアンテナの水平部における第１のアンテナの電気的中心から最短距離の部位と、第３のアンテナの水平部における第１のアンテナの電気的中心から最短距離の部位とにおいて、誘起電流の位相が異なるようにしている。したがって、垂直方向に指向性を有する第１のアンテナがグランド板の中央部に配置され、第１のアンテナとは動作周波数の異なる第２のアンテナ及び第３のアンテナが、第１のアンテナを間に挟むように配置された構成でありながら、第１のアンテナの指向性において、仰角方向に局部的に生じる放射電力の低下を抑制することができる。
【００１１】
なお、グランド板の一面に沿う成分を含む水平部としては、グランド板の一面と平行な形態に限定されず、グランド板の一面とのなす角度が９０°以外の形態（垂直以外の形態）とすれば良い。このような形態であれば、第１のアンテナに流れる電流によって誘起電流が生じることとなる。
【００１２】
具体的には、請求項２に記載のように、第２のアンテナにおける給電側とは異なる端部から最短距離の部位までの電気長と、第３のアンテナにおける給電側とは異なる端部から最短距離の部位までの電気長とが異なる構成としても良い。
【００１３】
誘起電流は、給電側とは異なる端部への進行波と端部からの反射波との合成波である。したがって、第２のアンテナと第３のアンテナとで、端部から最短距離の部位までの電気長が異なる構成とすると、第２のアンテナの水平部における最短距離の部位と、第３のアンテナの水平部における最短距離の部位とにおいて、誘起電流の位相を異なるものとすることができる。その際、例えば請求項３に記載のように、第２のアンテナの形状と第３のアンテナの形状を互いに異なるものとしても良い。
【００１４】
また、請求項４に記載のように、第１のアンテナの電気的中心から第２のアンテナの水平部までの最短距離と、第１のアンテナの電気的中心から第３のアンテナの水平部までの最短距離とが異なる構成としても良い。
【００１５】
このような構成とすると、第１のアンテナから放射された電波の位相が、第２のアンテナの水平部における最短距離の部位と第３のアンテナの水平部における最短距離の部位とで異なることとなる。これにより、第２のアンテナの水平部における最短距離の部位と、第３のアンテナの水平部における最短距離の部位とにおいて、誘起電流の位相を異なるものとすることができる。
【００１６】
請求項５に記載のように、水平部の長手方向において、第２のアンテナの水平部と第３のアンテナの水平部とが略平行とされた構成とすると良い。さらには、請求項６に記載のように、第２のアンテナの水平部と第３のアンテナの水平部とが、グランド板の一面に平行な同一平面に配置された構成とすると良い。このような構成とすると、アンテナの構造や配置を簡素化することができる。そして、統合アンテナの体格を小型化することも可能である。
【００１７】
また、請求項１〜６いずれかに記載の発明においては、請求項７に記載のように、第１のアンテナとして、ＶＩＣＳ用アンテナ、ＧＰＳ用アンテナ、及びＥＴＣ用アンテナのいずれかを採用し、第２のアンテナ及び第３のアンテナとしてＤＣＭ用アンテナを採用した構成としても良い。これによれば、車両に搭載される統合アンテナとして好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
先ず、本発明の実施形態について説明する前に、本発明者が本発明を創作するに至った経緯を説明する。図１は、後述する実施形態においても基本となる統合アンテナの概略構成を示す斜視図である。
【００１９】
図１に示す統合アンテナ１では、グランド板３の一面３ａの中央部に、一面３ａに対して垂直方向に指向性（換言すれば、天頂方向に指向性）を有する第１のアンテナ５が配置されている。
【００２０】
このように、グランド板３の一面３ａに対して垂直方向（ｚ軸方向）に指向性を有する第１のアンテナ５をグランド板３の中央部に配置すると、第１のアンテナ５の指向性のピークをほぼ垂直方向とすることができる。この点については、本出願人による特開２００５−２６０５６６号公報に記載されているので、ここでの説明は省略する。
【００２１】
また、グランド板３の一面３ａの中央部周辺に位置する周辺部には、第１のアンテナ５を間に挟む態様（ｙ軸方向において、間に挟む態様）で第２のアンテナ７と第３のアンテナ９が配置されている。第２のアンテナ７と第３のアンテナ９は、第１のアンテナ５とは異なる周波数であって互いにほぼ等しい周波数で動作するように構成されており、２つのアンテナ７，９を適宜切り替えることで、ダイバーシチ効果（例えば空間ダイバーシチ効果）が得られるようになっている。
【００２２】
また、第２のアンテナ７及び第３のアンテナ９は、グランド板３の一面３ａに沿う成分を含む水平部１１，１３をそれぞれ有している。ここで、水平部１１，１３とは、アンテナ７，９（を構成する各エレメント）のうち、グランド板３の一面３ａとのなす角度が９０°以外（垂直以外）の部分である。すなわち、水平部１１，１３とは、第１のアンテナに流れる電流によって誘起電流１５，１７が生じる部分である。
【００２３】
このような構成の統合アンテナ１について、本発明者は詳細な検討を行った。図２は、指向性の解析に用いた統合アンテナの具体的な構成例を示す斜視図である。図３は、図２における各アンテナの位置関係を示す平面図である。図４は、第１のアンテナにおけるｘｚ面の指向性の解析結果を示す図である。図４においては、第１のアンテナ５を微小ダイポールとしたものを破線で、破線に示す構成に対し第２のアンテナ及び第３のアンテナも微小ダイポールとし、最短距離の部位における誘起電流の位相を同位相としたものを一点鎖線で、一点鎖線に示す構成に対し誘起電流の位相を逆位相としたものを実線で示している。図５は、全てのアンテナを微小ダイポールとしたときの、第１のアンテナの指向性の解析結果を示す図であり、（ａ）は最短距離の部位における誘起電流の位相が同位相、（ｂ）が最短距離の部位における誘起電流の位相が逆位相の場合である。
【００２４】
検討に当たり、第１のアンテナ５を、周波数（中心周波数）が２．５ＧＨｚのＶＩＣＳ用アンテナとし、第２のアンテナ７及び第３のアンテナ９を、周波数（中心周波数）が８６０ＭＨｚのＤＣＭ用アンテナとした。そして、配置スペースの制約（例えば高さ２０ｍｍ以下）を考慮し、図２に示すように、第２のアンテナ７及び第３のアンテナ９として、同一構成の逆Ｌアンテナ（逆Ｌ字状のモノポールアンテナ）を採用した。具体的には、グランド板３の垂直な垂直部１９，２１（換言すればモノポール部）の長さ（高さ）を２０ｍｍ程度とし、水平部１１，１３（換言すれば、伝送線路部）の長さを７０ｍｍ程度した。また、逆Ｌアンテナの主偏波を垂直偏波とするために、給電位置をグランド板３の端部（端面）から１５ｍｍ以上離れた位置とした。そして、図２及び図３に示すように、水平部１１，１３をグランド板３の一面３ａと平行な同一平面に配置し、その長手方向において、ｘ軸を中線として水平部１１，１３同士が完全に対向するように互いに平行に配置した。すなわち、水平部１１，１３をｘ軸対称（線対称）の配置とした。
【００２５】
また、解析を簡素化するために、第１のアンテナ５を微小ダイポールとし、図３に示すように、第１のアンテナ５の電気的中心２３（電気長の中心）を、第２のアンテナ７と第３のアンテナ９の間、より詳しくは図３に破線で囲まれた水平部１１と水平部１３の対向領域内に配置した。そして、第１のアンテナ５の電気的中心２３を、各軸の原点と一致させた。すなわち、水平部１１における電気的中心２３から最短距離の部位２５（以下、最短部位２５と示す）までの距離Ｌ１と、水平部１３における電気的中心２３から最短距離の部位２７（以下、最短部位２７と示す）までの距離Ｌ２とが、互いに等しい構成とした。
【００２６】
このような構成の統合アンテナ１について指向性の解析を行ったところ、図４に破線で示すように、第１のアンテナ５のｘｚ面の指向性において、仰角６０°付近で放射電力が急激に低下する部位が生じることが明らかとなった。なお、仰角とは、グランド板３の一面３ａに沿うｘ軸方向（水平方向）を０°としたときの角度である。
【００２７】
次に、本発明者は、第２のアンテナ７及び第３のアンテナ９を、水平部１１，１３と同位置の微小ダイポールに置き換えて、同様の解析を行った。その結果、図４に一点鎖線で示すように、第１のアンテナ５のｘｚ面の指向性において、仰角６０°付近で逆Ｌアンテナと同程度の放射電力の低下が確認された。このことは、図５（ａ）からも明らかである。なお、図５（ａ）に示す符号２９は、局部的な電力低下部である。このように、微小ダイポールに置き換えた場合にも、逆Ｌアンテナと同様の結果を示した。すなわち、微小ダイポールへの置き換えで、逆Ｌアンテナの結果を再現することができた。
【００２８】
図２及び図３に示す構成、及び、第２のアンテナ７及び第３のアンテナ９を微小ダイポールに置き換えた構成においては、上述したように、電気的中心２３から最短部位２５までの距離Ｌ１と、電気的中心２３から最短部位２７までの距離Ｌ２が等しくなっている。また、水平部１１，１３がｘ軸対称となっている。したがって、電流が流れて第１のアンテナ５から放射された電波の電磁界の影響により、水平部１１，１３に誘起される誘起電流１５，１７は、各最短部位２５，２７において位相が互いに等しくなっている。このような関係において、誘起電流１５，１７に基づく電波が第１のアンテナ５から放射された電波と干渉し、互いに打ち消し合って、放射電力が低下する部位が生じるのではないかと考えた。すなわち、最短部位２５，２７における誘起電流１５，１７の位相を互いに異なるものとすれば、局部的な放射電力の低下を抑制できるのではないかと考えた。なお、最短部位２５，２７は、第１のアンテナ５の電気的中心２３に対して最短距離に位置するので、第１のアンテナ５の電波との干渉に際して影響が大きいものと考えられる。
【００２９】
そこで、本発明者は、第２のアンテナ７と第３のアンテナ９を微小ダイポールに置き換えた構成において、最短部位２５，２７における誘起電流１５，１７の位相を互いに逆位相（位相が１８０°ずれた状態）として、同様の解析を行った。その結果、図４に実線で示すように、第１のアンテナ５のｘｚ面の指向性において、仰角６０°付近での放射電力低下を、同位相の場合よりも抑制（８ｄＢ程度落ち込みを抑制）できることを見出した。このことは、図５（ｂ）に示す電力低下部２９からも明らかである。また、図５（ａ）と図５（ｂ）との比較から、最短部位２５，２７における誘起電流１５，１７の位相を互いに異なるもの（例えば逆位相）とすると、電力低下部２９がｘｚ面からｙ軸方向にずれることも見出した。本発明は、この知見に基づくものであり、以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
【００３０】
（第１実施形態）
図６は、第１実施形態に係る統合アンテナの概略構成を示す斜視図である。図７は、図６における各アンテナの位置関係を示す平面図である。なお、以下において、上述（図１〜図３）した構成と同一の要素には、同一の符号を付与するものとする。
【００３１】
本実施形態に係る統合アンテナ１は、その基本構造が図１に示した統合アンテナ１と同じであり、例えば９０ｍｍ角のグランド板３上に、３つのアンテナ５，７，９が配置されて構成されている。
【００３２】
第１のアンテナ５としては、グランド板３の一面３ａに垂直な方向（天頂方向）に指向性を有するものであれば採用することができる。本実施形態においては、第１のアンテナ５として図６に示すようにスロットアンテナを採用しており、これにより、周波数（中心周波数）が２．５ＧＨｚのＶＩＣＳ用アンテナが構成されている。そして、第１のアンテナ５は、グランド板３の一面３ａにおける中央部に配置されている。
【００３３】
第２のアンテナ７としては、第１のアンテナ５とは異なる周波数で動作し、水平部１１を有しているものであれば採用することができる。本実施形態においては、第２のアンテナ７として例えば図６に示すように逆Ｌ字型のモノポールアンテナを採用しており、これにより、周波数（中心周波数）が８６０ＭＨｚのＤＣＭ用アンテナが構成されている。そして、第２のアンテナ７は、グランド板３の一面３ａにおける中央部周辺の周辺部に配置されている。
【００３４】
第３のアンテナ９としては、第１のアンテナ５とは異なる周波数で動作し、水平部１３を有しているものであれば採用することができる。本実施形態においては、第３のアンテナ９として、水平部１３の先端が折り曲げられて接地された折り返しモノポールアンテナを採用しており、これにより、第２のアンテナ７同様、周波数（中心周波数）が８６０ＭＨｚのＤＣＭ用アンテナが構成されている。そして、第３のアンテナ９は、グランド板３の一面３ａにおける中央部周辺の周辺部に、第２のアンテナ７との間に第１のアンテナ５を挟む態様で配置されている。すなわち、ｙ軸方向において、第２のアンテナ７（水平部１１）、第１のアンテナ５（電気的中心２３）、第３のアンテナ９（水平部１３）の順で配置されている。
【００３５】
このように、第２のアンテナ７と第３のアンテナ９は、第１のアンテナ５とは異なる周波数であって互いにほぼ等しい周波数（中心周波数）で動作するように構成されており、２つのアンテナ７，９を適宜切り替えることで、ダイバーシチ効果（例えば空間ダイバーシチ効果や指向性ダイバーシチ効果）が得られるようになっている。なお、中心周波数がほぼ同じであれば、帯域は特に限定されない。したがって、中心周波数及び帯域がほぼ同じ構成としても良いし、中心周波数が同じで帯域の異なる構成としても良い。
【００３６】
また、本実施形態においても、配置スペースの制約（高さ２０ｍｍ以下）を考慮し、第２のアンテナ７と第３のアンテナ９の垂直部１９，２１の長さ（高さ）が２０ｍｍ程度となっており、図６及び図７に示すように、水平部１１，１３がグランド板３の一面３ａと平行な同一平面に配置されている。すなわち、第２のアンテナ７と第３のアンテナ９の指向性が、グランド板３の一面３ａに沿う方向（水平方向）となっている。また、第１のアンテナ５の電気的中心２３が、第２のアンテナ７と第３のアンテナ９の間、より具体的には図７に破線で囲まれた水平部１１と水平部１３の対向領域内に配置されている。そして、電気的中心２３から水平部１１の最短部位２５までの距離Ｌ１と、電気的中心２３から水平部１３の最短部位２７までの距離Ｌ２が等しくなっている。
【００３７】
さらに、本実施形態においては、第２のアンテナ７と第３のアンテナ７の電気長がほぼ等しく構成されており、第２のアンテナ７における給電側の端部３１（給電点）から最短部位２５までの電気長と、第３のアンテナ９における給電側の端部３３（給電点）から最短部位２７までの電気長とが異なる長さとなっている。そして、これにより、第２のアンテナ７における給電側の端部３１とは異なる端部３５から最短部位２５までの電気長と、第３のアンテナ９における給電側の端部３３とは異なる端部３７から最短部位２７までの電気長とが異なる長さとなっている。
【００３８】
次に、このように構成される統合アンテナ１において、第１のアンテナ５におけるｘｚ面の指向性について図８を用いて説明する。図８は、本実施形態に係る統合アンテナ１において、第１のアンテナ５におけるｘｚ面の指向性の測定結果を示す図である。図８においては、本実施形態に係る統合アンテナの測定結果を実線で示し、比較対象の測定結果を破線で示している。なお、比較対象は、本実施形態に係る統合アンテナ１を、第２のアンテナ７も第３のアンテナ９同様に折り返しモノポールアンテナとし、第２のアンテナ７における給電側の端部３１とは異なる端部３５から最短部位２５までの電気長と、第３のアンテナ９における給電側の端部３３とは異なる端部３７から最短部位２７までの電気長とが互いに等しい構成としたものである。また、測定に当たり、第１のアンテナ５の電気的中心２３を、各軸の原点と一致させている。
【００３９】
図８に破線で示すように、比較対象では、第１のアンテナ５のｘｚ面の指向性において、仰角６０°付近で放射電力の急激な低下が確認された。これに対し、本実施形態に係る統合アンテナ１では、図８に実線で示すように、第１のアンテナ５のｘｚ面の指向性において、仰角６０°付近での放射電力低下を、比較対象よりも抑制できることが確認された。
【００４０】
このように放射電力低下を抑制できる理由としては、以下のことが考えられる。第１のアンテナ５に流れる電流によって、水平部１１，１３には誘起電流１５，１７が生じる。この誘起電流１５，１７は、給電側とは異なる端部３５，３７への進行波と該端部３５，３７からの反射波との合成波である。したがって、第２のアンテナ７と第３のアンテナ９とで、端部３５，３７から最短部位２５，２７までの電気長が異なる構成とすると、第２のアンテナ７の水平部１１における最短部位２５と、第３のアンテナ９の水平部１３における最短部位２７とにおいて、誘起電流１５，１７の位相が異なることとなる。これにより、第１のアンテナ５のｘｚ面の指向性において、仰角６０°付近での放射電力低下が抑制されるものと考えられる。
【００４１】
以上より、本実施形態に係る統合アンテナ１によれば、局部的に生じる放射電力の低下を抑制することができる。
【００４２】
なお、本実施形態においては、第２のアンテナ７と第３のアンテナ９の形状を互いに異なる形状とする例を示した。しかしながら、第２のアンテナ７と第３のアンテナ９を、同一構成としても良い。例えば図９に示す統合アンテナ１においては、第２のアンテナ７及び第３のアンテナ９として、同一構成の逆Ｌアンテナを採用している。そして、水平部１１，１３がグランド板３の一面３ａに沿う同一平面に配置され、且つ、その長手方向において互いに平行となっている。また、第１のアンテナ５の電気的中心２３と各水平部１１，１３における最短部位２５，２７までの距離Ｌ１，Ｌ２が等しくなっている。さらには、給電側の端部３１，３３は、一方が他方に対してｘ軸に沿ってずれ、これにより、第２のアンテナ７における給電側の端部３３から最短部位２５までの電気長と、第３のアンテナ９における給電側の端部３５から最短部位２７までの電気長とが、互いに異なる長さとなっている。そして、第２のアンテナ７における端部３５から最短部位２５までの電気長と、第３のアンテナ９における端部３７から最短部位２７までの電気長とが、異なる長さとなっている。このような構成の統合アンテナ１としても、本実施形態に示した統合アンテナ１と同様乃至はそれに準ずる効果を発揮することができる。図９は、変形例を示す平面図である。
【００４３】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を、図１０及び図１１に基づいて説明する。図１０は、第２実施形態に係る統合アンテナの概略構成を示す斜視図である。図１１は、図１０における各アンテナの位置関係を示す平面図である。なお、上述した構成と同一の要素には、同一の符号を付与するものとする。
【００４４】
第１実施形態においては、第２のアンテナ７における給電側の端部３１（給電点）から最短部位２５までの電気長と、第３のアンテナ９における給電側の端部３３（給電点）から最短部位２７までの電気長とを異なる長さとすることで、第２のアンテナ７の水平部１１における最短部位２５と、第３のアンテナ９の水平部１３における最短部位２７とにおいて、誘起電流１５，１７の位相を異なる位相とし、局部的に生じる放射電力の低下を抑制する例を示した。これに対し、本実施形態においては、第１のアンテナ５の電気的中心２３から第２のアンテナ７の水平部１１における最短部位２５までの距離Ｌ１と、電気的中心２３から第３のアンテナ９の水平部１３における最短部位２７までの距離Ｌ２とを異なる長さとすることで、局部的に生じる放射電力の低下を抑制する点を特徴とする。
【００４５】
一例として図１０及び図１１に示すように、本実施形態に係る統合アンテナ１では、ＶＩＣＳ用アンテナである第１のアンテナ５として、第１実施形態と同じスロットアンテナを採用している。また、ＤＣＭ用アンテナである第２のアンテナ７と第３のアンテナ９として、逆Ｌアンテナを採用している。
【００４６】
第２のアンテナ７と第３のアンテナ９の水平部１１，１３は、グランド板３の一面３ａと平行な同一平面に配置され、その長手方向において、水平部１１，１３はｘ軸対称となっている。第１のアンテナ５の電気的中心２３は、第２のアンテナ７と第３のアンテナ９の間、より詳しくは図１１に破線で囲まれた水平部１１と水平部１３の対向領域内に配置されている。しかしながら、本実施形態においては、電気的中心２３の位置が、ｙ軸方向において、第３のアンテナ９（水平部１３）側に偏っている。すなわち、図１１に示すように、電気的中心２３から第２のアンテナ７の最短部位２５までの距離Ｌ１が、電気的中心２３から第３のアンテナ９の最短部位２７までの距離Ｌ２よりも長くなっている。
【００４７】
次に、このように構成される統合アンテナ１において、第１のアンテナ５におけるｘｚ面の指向性について図１２を用いて説明する。図１２は、本実施形態に係る統合アンテナ１において、第１のアンテナ５におけるｘｚ面の指向性の測定結果を示す図である。図１２においては、第２実施形態に係る統合アンテナの測定結果を実線で示し、比較対象の測定結果を破線で示している。なお、比較対象は、本実施形態に係る統合アンテナ１を、距離Ｌ１，Ｌ２が互いに等しい構成（電気的中心が各軸の原点上）としたものである。
【００４８】
図１１に破線で示すように、比較対象では、第１のアンテナ５のｘｚ面の指向性において、仰角６０°付近で放射電力が急激に低下することが確認された。これに対し、本実施形態に係る統合アンテナ１では、図１２に実線で示すように、第１のアンテナ５のｘｚ面の指向性において、仰角６０°付近での放射電力低下を、比較対象よりも抑制できることが確認された。
【００４９】
このように放射電力低下を抑制できる理由としては、以下のことが考えられる。距離Ｌ１，Ｌ２が互いに異なる長さであると、電流が流れて第１のアンテナ５から放射される電波の位相は、第２のアンテナ７の水平部１１における最短部位２５と第３のアンテナ９の水平部１３における最短部位２７とで異なることとなる。また、第２のアンテナ７における端部３５から最短部位２５までの電気長と、第３のアンテナ９における端部３７から最短部位２７までの電気長は、互いに等しい長さとなっている。したがって、第２のアンテナ７の水平部１１における最短部位２５と、第３のアンテナ９の水平部１３における最短部位２７とにおいて、誘起電流１５，１７の位相が異なることとなり、その結果、第１のアンテナ５のｘｚ面の指向性において、仰角６０°付近での放射電力低下が抑制されるものと考えられる。
【００５０】
また、本発明者は、電気的中心２３の効果的なずれ量についても検討した。その解析結果を図１３に示す。その際、図１１に示すように、各軸の原点を電気的中心の基準点２３ａとし、基準点２３ａと電気的中心２３とのｙ軸方向のずれを差Ｄとした。そして、差Ｄと、電力最大値（Ｍａｘ）と局部的に電力低下した部位の電力値（Ｍｉｎ）との電力差との関係について精査した。図１３に示すように、電気的中心２３を基準点２３ａからｙ軸方向に少なくとも５ｍｍ以上、好ましくは１５ｍｍ以上、より好ましくは２０ｍｍ以上ずらすと、局部的な電力の低下を効果的に抑制することができる。
【００５１】
以上より、本実施形態に係る統合アンテナ１によれば、局部的に生じる放射電力の低下を抑制することができる。
【００５２】
なお、本実施形態においては、第１のアンテナ５（電気的中心２３）が、第３のアンテナ９（水平部１３）側に偏って配置される例を示した。しかしながら、第１のアンテナ５（電気的中心２３）が、第２のアンテナ７（水平部１１）側に偏って配置された構成としても良い。
【００５３】
また、本実施形態においては、第２のアンテナ７と第３のアンテナ９の構成が同一である例を示した。しかしながら、第２のアンテナ７と第３のアンテナ９とを、互いに異なる形状としても良い。また、第１実施形態（変形例を含む）に示した構成と本実施形態に示した構成とを組み合わせた構成としても良い。その場合、第２のアンテナ７の水平部１１における最短部位２５と、第３のアンテナ９の水平部１３における最短部位２７とにおいて、誘起電流１５，１７の位相が異なるように組み合わせれば良い。
【００５４】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
【００５５】
ｚ軸方向に指向性を有する第１のアンテナ５は、ｙ軸方向（又はｘ軸方向）において、少なくとも第２のアンテナ７と第３のアンテナ９との間に配置されれば良い。本実施形態においては、第２のアンテナ７の水平部１１と第３のアンテナ９の水平部１３が、グランド板３の一面３ａと平行な同一平面に配置される例を示したが、一面３ａと平行でない同一平面に配置された構成（例えば垂直部１９，２１の長さが異なる構成や水平部１１，１３がグランド板３の一面３ａの平行でない構成）としても良いし、同一平面に配置されない構成としても良い。また、本実施形態においては、長手方向において、水平部１１，１３が互いに平行である例を示したが、平行でない構成（例えばハの字状の配置）としても良い。さらには、本実施形態においては、第１のアンテナ５の電気的中心２３が水平部１１，１３の対向領域間に配置される例を示したが、電気的中心２３が水平部１１，１３の対向領域間に配置されない構成としても良い。
【００５６】
本実施形態においては、第１のアンテナ５がＶＩＣＳ用アンテナであり、第２のアンテナ７と第３のアンテナ９がＤＣＭ用アンテナである例を示したが、アンテナの適用例としては上記例に限定されるものではない。例えば第１のアンテナ５を、ＧＰＳ用やＥＴＣ用のアンテナとしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】基本となる統合アンテナの概略構成を示す斜視図である。
【図２】指向性の解析に用いた統合アンテナの具体的な構成例を示す斜視図である。
【図３】図２における各アンテナの位置関係を示す平面図である。
【図４】第１のアンテナにおけるｘｚ面の指向性の解析結果を示す図である。
【図５】全てのアンテナを微小ダイポールとしたときの、第１のアンテナの指向性の解析結果を示す図であり、（ａ）は最短距離の部位における誘起電流の位相が同位相、（ｂ）が最短距離の部位における誘起電流の位相が逆位相の場合を示している。
【図６】第１実施形態に係る統合アンテナの概略構成を示す斜視図である。
【図７】図６における各アンテナの位置関係を示す平面図である。
【図８】第１実施形態に係る統合アンテナにおいて、第１のアンテナにおけるｘｚ面の指向性の測定結果を示す図である。
【図９】変形例を示す平面図である。
【図１０】第２実施形態に係る統合アンテナの概略構成を示す斜視図である。
【図１１】図１０における各アンテナの位置関係を示す平面図である。
【図１２】第２実施形態に係る統合アンテナにおいて、第１のアンテナにおけるｘｚ面の指向性の測定結果を示す図である。
【図１３】電気的中心のずれ量と電力差との関係の解析結果を示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１・・・統合アンテナ
３・・・グランド板
５・・・第１のアンテナ
７・・・第２のアンテナ
９・・・第３のアンテナ
１１，１３・・・水平部
１５，１７・・・誘起電流
２３・・・電気的中心
２５，２７・・・最短部位（最短距離の部位）
３１，３３・・・周辺部（給電側とは異なる周辺部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
グランド板と、
前記グランド板の一面上における中央部に配置され、前記グランド板の一面に垂直な方向に指向性を有する第１のアンテナと、
前記第１のアンテナとは異なる周波数であって互いに略同一の周波数で動作し、前記グランド板の一面上における中央部周辺の周辺部に、お互いの間に前記第１のアンテナを挟む態様で配置された第２のアンテナ及び第３のアンテナと、を備える統合アンテナであって、
前記第２のアンテナ及び前記第３のアンテナは、前記グランド板の一面に沿う成分を含む水平部をそれぞれ有し、
前記水平部における前記第１のアンテナの電気的中心から最短距離の部位において、前記第１のアンテナに流れる電流によって誘起される誘起電流の位相が、前記第２のアンテナと前記第３のアンテナとで異なることを特徴とする統合アンテナ。
【請求項２】
前記第２のアンテナにおける給電側とは異なる端部から前記最短距離の部位までの電気長と、前記第３のアンテナにおける給電側とは異なる端部から前記最短距離の部位までの電気長とが異なることを特徴とする請求項１に記載の統合アンテナ。
【請求項３】
前記第２のアンテナの形状と前記第３のアンテナの形状が互いに異なることを特徴とする請求項２に記載の統合アンテナ。
【請求項４】
前記第１のアンテナの電気的中心から前記第２のアンテナの水平部までの最短距離と、前記第１のアンテナの電気的中心から前記第３のアンテナの水平部までの最短距離とが異なることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載の統合アンテナ。
【請求項５】
前記水平部の長手方向において、前記第２のアンテナの水平部と前記第３のアンテナの水平部とが略平行とされていることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の統合アンテナ。
【請求項６】
前記第２のアンテナの水平部と前記第３のアンテナの水平部とが、前記グランド板の一面に平行な同一平面に配置されていることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項に記載の統合アンテナ。
【請求項７】
前記第１のアンテナは、ＶＩＣＳ用アンテナ、ＧＰＳ用アンテナ、及びＥＴＣ用アンテナのいずれかであり、
前記第２のアンテナ及び前記第３のアンテナは、ＤＣＭ用アンテナであることを特徴とする請求項１〜６いずれか１項に記載の統合アンテナ。
【請求項１】
グランド板と、
前記グランド板の一面上における中央部に配置され、前記グランド板の一面に垂直な方向に指向性を有する第１のアンテナと、
前記第１のアンテナとは異なる周波数であって互いに略同一の周波数で動作し、前記グランド板の一面上における中央部周辺の周辺部に、お互いの間に前記第１のアンテナを挟む態様で配置された第２のアンテナ及び第３のアンテナと、を備える統合アンテナであって、
前記第２のアンテナ及び前記第３のアンテナは、前記グランド板の一面に沿う成分を含む水平部をそれぞれ有し、
前記水平部における前記第１のアンテナの電気的中心から最短距離の部位において、前記第１のアンテナに流れる電流によって誘起される誘起電流の位相が、前記第２のアンテナと前記第３のアンテナとで異なることを特徴とする統合アンテナ。
【請求項２】
前記第２のアンテナにおける給電側とは異なる端部から前記最短距離の部位までの電気長と、前記第３のアンテナにおける給電側とは異なる端部から前記最短距離の部位までの電気長とが異なることを特徴とする請求項１に記載の統合アンテナ。
【請求項３】
前記第２のアンテナの形状と前記第３のアンテナの形状が互いに異なることを特徴とする請求項２に記載の統合アンテナ。
【請求項４】
前記第１のアンテナの電気的中心から前記第２のアンテナの水平部までの最短距離と、前記第１のアンテナの電気的中心から前記第３のアンテナの水平部までの最短距離とが異なることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載の統合アンテナ。
【請求項５】
前記水平部の長手方向において、前記第２のアンテナの水平部と前記第３のアンテナの水平部とが略平行とされていることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の統合アンテナ。
【請求項６】
前記第２のアンテナの水平部と前記第３のアンテナの水平部とが、前記グランド板の一面に平行な同一平面に配置されていることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項に記載の統合アンテナ。
【請求項７】
前記第１のアンテナは、ＶＩＣＳ用アンテナ、ＧＰＳ用アンテナ、及びＥＴＣ用アンテナのいずれかであり、
前記第２のアンテナ及び前記第３のアンテナは、ＤＣＭ用アンテナであることを特徴とする請求項１〜６いずれか１項に記載の統合アンテナ。
【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２００９−３３５７１（Ｐ２００９−３３５７１Ａ）
【公開日】平成２１年２月１２日（２００９．２．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１９６５８７（Ｐ２００７−１９６５８７）
【出願日】平成１９年７月２７日（２００７．７．２７）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＶＩＣＳ
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月１２日（２００９．２．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月２７日（２００７．７．２７）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＶＩＣＳ
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]