JP7494121B2 - 車載アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の周波数帯での使用が可能な車載アンテナ装置に関する。

近年、車両に搭載される電子通信機器の機能が多様化し、それに対応して１台で複数の周波数帯の使用が可能な車載アンテナ装置の需要が高まっている。このような需要に対応する従来の車載アンテナ装置の例として、特許文献１に開示された２周波アンテナがある。この２周波アンテナは、グランド（接地面）に立設される絶縁性の基板の表面に面状の第１エレメント（素子）を配置し、給電部の近くにスルーホールを形成するとともに、基板の裏面のうち第１エレメントと重ならない位置に面状の第２エレメントと、スルーホールと導通する給電ラインとを配置したものである。

上記２周波アンテナは、車載用に低背化したときのインダクタンスを給電ラインで補うことからコイル部品が不要となり、また、２つのエレメントと給電ラインとを１枚の基板にプリントパターンで形成する構成なので、簡易で安価に車載アンテナ装置が得られる利点があるとされる。

特開２０１３－８５３０８号公報

上記２周波アンテナは、２つの面状のエレメントが互いに重なり合わないように、１枚の基板の表面と裏面とに配置され、１つのエレメントで１の周波数帯を送信又は受信することになる。各エレメントの面積は、基板のサイズに依存する。そのため、車載アンテナ装置に適用した場合、基板を大きくすることができないことから、相対的に低周波数帯ではアンテナ利得を高めることができない。

本発明の目的は、小型でありながら、低域の周波数帯と前記低域よりも高域の周波数帯の２つの周波数帯域を持つ車載アンテナ装置を提供することにある。

本発明の実施の一態様となる車載アンテナ装置は、アンテナベースと、前記アンテナベースに立設されるアンテナエレメントと、を有し、前記アンテナエレメントは、前記アンテナベースに対して略垂直となる面上に固定される基端部と、それぞれ前記基端部から互いに離れる方向に延伸する二つの腕部とを含み、前記二つの腕部は、少なくとも一方のインダクタンスが、同じ材質及び略同じ外形の面状導体のインダクタンスに比べて大きいことを特徴とする。

本発明によれば、小型でありながら、低域の周波数帯と前記低域よりも高域の周波数帯の２つの周波数帯域を持つ車載アンテナ装置を提供することができる。

一実施形態に係る車載アンテナ装置１の要部構造を説明する斜視図。 一実施形態に係る車載アンテナ装置１の要部構造を説明する背面図。 一実施形態に係る車載アンテナ装置１の要部構造を説明する正面図。 一実施形態に係る車載アンテナ装置１の要部構造を説明する上面図。 右側から見た車載アンテナ装置の内部構造説明図。 左側から見た車載アンテナ装置の内部構造説明図。 第１比較例エレメントの模式図。 第２比較例エレメントの模式図。 第１，第２比較例エレメントを１ｍ円地板上に設置した時の水平面における垂直偏波の周波数に対する平均利得特性図。 第３比較例エレメントの模式図。 第４比較例エレメントの模式図。 第３，第４比較例エレメントを１ｍ円地板上に設置した時の水平面における垂直偏波の周波数に対する平均利得特性図。 第５比較例エレメントの模式図。 実施形態の第１変形例エレメントの模式図。 第５比較例エレメント及び実施形態の第１変形例エレメントを１ｍ円地板上に設置した時の水平面における垂直偏波の周波数に対する平均利得特性図。 第６比較例エレメントの模式図。 実施形態の第２変形例エレメントの模式図。 第６比較例エレメント及び実施形態の第２変形例エレメントを１ｍ円地板上に設置した時の水平面における垂直偏波の周波数に対する平均利得特性図。 第７比較例エレメントの模式図。 実施形態の第３変形例エレメントの模式図。 第７比較例エレメント及び実施形態の第３変形例エレメントを１ｍ円地板上に設置した時の水平面における垂直偏波の周波数に対する平均利得特性図。 二つのアンテナエレメントの配置バリエーションの模式図。 二つのアンテナエレメントの配置バリエーションの模式図。 二つのアンテナエレメントの配置バリエーションの模式図。 二つのアンテナエレメントの配置バリエーションの模式図。 図１３Ａ～図１３Ｄの各配置例によるアイソレーション特性図。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態例を説明する。
図１Ａは、一実施形態に係る車載アンテナ装置１の要部構造を説明する斜視図である。図１Ｂは、一実施形態に係る車載アンテナ装置１の要部構造を説明する背面図である。図１Ｃは、一実施形態に係る車載アンテナ装置１の要部構造を説明する正面図である。図１Ｄは、一実施形態に係る車載アンテナ装置１の要部構造を説明する上面図である。
この車載アンテナ装置１は、例えば車両ルーフに取り付けられて使用される。これらの図において、車両の前進方向（進行方向）を「前」又は「前方」、その反対方向を「後」又は「後方」といい、両者を区別する必要がない場合は「長手方向」という。また、車両の前進方向右側を「右」又は「右方向」、前進方向左側を「左」又は「左方向」といい、両者を区別する必要がない場合は「幅方向」という。また、車両の重力方向を「下」又は「下方」、その反対方向を「上」又は「上方」という。

本実施形態の車載アンテナ装置１は、車両に取付可能なアンテナベース１０と、電波透過性のアンテナケース１１とを有する。
アンテナベース１０は略楕円状であり、長手方向の中心軸線が車両の進行方向と平行になるように取り付けられる。アンテナベース１０は、車両の取付部位と当接する略楕円状の樹脂ベースと、この樹脂ベース上に固定される回路基板と、この回路基板の電子部品をシールドしつつ後述するアンテナエレメント２１，２２に対しては地導体として機能する導電ベースとを備えて構成される。導電ベースの略中央部前方と略中央部後方にはそれぞれ孔部が形成されており、各孔部からは、回路基板の給電点と導通する接点部が露出している。

アンテナケース１１は、前方へ向かうほど細くかつ低くなると共に、側面も内側に（長手方向の中心軸線に向かって）湾曲した曲面とされた流線型に成形され、アンテナベース１０の外縁に被嵌される。アンテナベース１０の長手方向の長さは約１８０ｍｍ、幅方向の長さは約７０ｍｍである。アンテナケース１１の長手方向の長さは約２０４ｍｍ、幅方向の長さは約８８ｍｍ、上方の高さは約６４ｍｍである。

アンテナベース１０には、前後方向に二つのアンテナエレメント２１，２２が立設される。本実施形態では、前方のアンテナエレメント２１をＬＴＥ（Long Term Evolution）の受信専用、後方のアンテナエレメント２２をＬＴＥの送受信用とする場合の例を示すが、使用する周波数帯及び送受信の用途は、この限りでない。

二つのアンテナエレメント２１，２２は、互いに異なる形状であり、アンテナベース１０の導電ベースからの高さも異なるが、基本的な構造は、ほぼ同じである。すなわち、前方のアンテナエレメント２１は、アンテナベース１０を指向する方向に突出する基端部２１ａと、それぞれ基端部２１ａ付近から互いに離れる方向に帯状に延伸することで空間２１０を取り囲む二つの腕部２１１ａ，２１１ｂとを有する。基端部２１ａは、アンテナベース１０と略垂直となる面上に固定される。なお、本明細書において、「空間」とは、二つの腕部（本例では腕部２１１ａ，２１１ｂ）で取り囲まれる領域を表す。

二つの腕部２１１ａ，２１１ｂのうち、アンテナベース１０と対向し、かつ基端部２１ａからの延伸が始まる部分とアンテナベース１０とのなす角度は鋭角をなす。すなわち０度より大きく９０度より小さい。また、線状よりも幅が大きい帯状とすることで、低域と高域の２つの周波数帯を広帯域にすることができる。
なお、本明細書において、「帯状」とは、一様の幅を持ちつつ、幅に対して延びる長さが大きい形状をいう。本例ではＬＴＥの使用周波数帯であること、車載アンテナ装置であるために二つの腕部２１１ａ、２１１ｂの設置スペースを大きくすることができないこと等の制約から幅が略３ｍｍ以上であるものとするが、上記制約を考慮する必要がない場合、好ましくは５ｍｍ以上であり、７ｍｍ以上であるとより好ましい。
また、腕部２１１ａ，２１１ｂは、基端部２１ａ側から先端に向かうにつれて、幅が連続的又は段階的に大きくなっても良く、一様の幅であっても良い。
また、基端部２１ａからの上下方向の仮想線を境界線として見た場合に、二つの腕部２１１ａ，２１１ｂのうち、一方の面積を他方よりも大きくしても良い。腕部２１１ａの先端は開放端部２１２ａとなり、腕部２１１ｂの先端は開放端部２１２ｂとなっている。
本明細書において、「開放端部」とは、端部の先に他の導体等が存在しない部分（Open End）を表す。

前方の腕部２１１ａの開放端部２１２ａは、空間２１０のうち広い領域の方向に向けて突出し、後方の腕部２１１ｂの開放端部２１２ｂは、前方に向けて突出し、また、アンテナケース１１の内壁に沿うように、前方に向かうにつれて対地距離が短くなっている。後方の腕部２１１ｂの開放端部２１２ｂは、放射抵抗を確保しつつ対地容量を装荷するために、アンテナベース１０と略平行に折曲している。二つの開放端部２１２ａ，２１２ｂ同士が近接することにより、前方の下方に向かう空間２１０の開口部が形成される。

基端部２１ａ、腕部２１１ａ，２１１ｂ及び開放端部２１２ａ，２１２ｂは、例えば１枚の金属板を後述する所定形状に刳り抜いて（あるいは切り欠いて）形成される。そのため、基端部２１ａと二つの腕部２１１ａ，２１１ｂは、同一面上に配置される。

基端部２１ａは、アンテナベース１０から露出する略中央部前方の上記接点部に装着固定されることで、二つの腕部２１１ａ，２１１ｂの給電部を兼ねる。そのため、二つの腕部２１１ａ，２１１ｂ及び開放端部２１２ａ，２１２ｂでアンテナとして動作させることができる。なお、腕部２１１ａと開放端部２１２ａ，あるいは、腕部２１１ｂと開放端部２１２ｂをそれぞれ単独のアンテナとして動作させるようにしても良い。

このように、二つの腕部２１１ａ，２１１ｂ及び開放端部２１２ａ，２１２ｂを一つの給電部でアンテナとして動作させることで、１９３０ＭＨｚ以上の動作帯域を得ることができる。したがって、例えば、ＬＴＥ帯の１９３０ＭＨｚ～２３６０ＭＨｚで用いることができる。
また、二つの腕部２１１ａ，２１１ｂ及び開放端部２１２ａ，２１２ｂを一つの給電部でアンテナとして動作させることで、８００ＭＨｚ～１１００ＭＨｚの動作帯域を得ることができる。例えば、整合回路を設け、この回路定数を適切な値に調整することにより、ＬＴＥ帯の７１４ＭＨｚ～８９４ＭＨｚで用いることができる。

後方のアンテナエレメント２２は、アンテナベース１０を指向する方向に突出する基端部２２ａと、それぞれ基端部２２ａ付近から互いに離れる方向に帯状に延伸することで空間２２０を取り囲む二つの腕部２２１ａ，２２１ｂとを有する。基端部２１ａは、アンテナベース１０と略垂直となる面上に固定される。腕部２２１ａの先端は開放端部２２２ａとなり、腕部２２１ｂの先端は開放端部２２２ｂとなっている。

前方の腕部２２１ａの開放端部２２２ａは、空間２２０のうち広い領域の方向に向けて突出し、後方の腕部２２１ｂの開放端部２２２ｂは、アンテナケース１１の内壁に沿いながら、前方に向けて突出している。後方の腕部２２１ｂの開放端部２２２ｂの一部は、放射抵抗を確保しつつ対地容量を軽減するために、アンテナベース１０に対して略３０度の角度で折曲している。二つの開放端部２２２ａ，２２２ｂ同士が近接することにより、前方の水平方向に向かう空間２２０の開口部が形成される。この開口部の開口方向は、前方のアンテナエレメント２１における空間２１０の開口部の開口方向と異なっている。これは二つのアンテナエレメント２１，２２が近接することによるアイソレーションを大きくするためである。これについては後述する。

基端部２２ａ、腕部２２１ａ，２２１ｂ及び開放端部２２２ａ，２２２ｂは、例えば１枚の金属板を後述する所定形状に刳り抜いて（あるいは切り欠いて）形成される。そのため、基端部２２ａと二つの腕部２２１ａ，２２１ｂ及び開放端部２２２ａ，２２２ｂの一部は、同一面上に配置される。

基端部２２ａは、アンテナベース１０から露出する略中央部後方の上記接点部に装着固定されることで二つの腕部２２１ａ，２２１ｂの給電部を兼ねる。そのため、二つの腕部２２１ａ，２２１ｂ及び開放端部２２２ａ，２２２ｂでアンテナとして動作させることができる。なお、腕部２２１ａと開放端部２２２ａ，あるいは、腕部２２１ｂと開放端部２２２ｂをそれぞれ単独のアンテナとして動作させるようにしても良い。

このように、二つの腕部２２１ａ，２２１ｂ及び開放端部２２２ａ，２２２ｂを一つの給電部でアンテナとして動作させることで、１６００ＭＨｚ以上の動作帯域を得ることができる。したがって、ＬＴＥ帯の１７１０ＭＨｚ～２３６０ＭＨｚで用いることができる。
また、二つの腕部２２１ａ，２２１ｂ及び開放端部２２２ａ，２２２ｂを一つの給電部でアンテナとして動作させることで、８００ＭＨｚ～１１００ＭＨｚの動作帯域を得ることができる。例えば、整合回路を設け、この回路定数を適切な値に調整することにより、ＬＴＥ帯の６９９ＭＨｚ～８９４ＭＨｚで用いることができる。

なお、図１Ａ～図１Ｄ及び図２Ａ～図２Ｂに示した例では、腕部２１１ａと腕部２１１ｂ，及び腕部２２１ａと腕部２２１ｂの隙間間隔が、給電部から離れるに従って漸次的に広くなっているが、隙間間隔は、給電部から一定区間は同じで、一定区間を過ぎたところから広くなる形状であっても良い。

ここで、図１Ａ～図１Ｄ及び図２Ａ～図２Ｂに示した本実施形態のアンテナエレメント２１，２２の形状・構造を採用した理由を説明するために、まず、ＬＴＥの低周波数帯及び高周波数帯で動作するいくつかの比較例エレメント及び実施形態の変形例エレメントのアンテナ特性の実験結果について説明する。
図３Ａは第１比較例エレメント３１の模式図である。第１比較例エレメント３１は、その一辺に給電部３０が形成された四角形導体を有する。図３Ｂは第２比較例エレメント３２の模式図である。第２比較例エレメント３２は、その一部に給電部３０が形成されたほぼ均一幅の帯状導体を有する。第２比較例エレメント３２は、第１比較例エレメント３１の四角形導体を刳り抜いて（あるいは切り欠いて）形成され、略四角形の外形を形成したものである。つまり、第２比較例エレメント３２の材質は第１比較例エレメント３１と同じであり、外形も第１比較例エレメント３１と略同じである。また、第２比較例エレメント３２の帯状導体は、空間３２０を取り囲むように、給電部３０から二つの腕部３２１ａ，３２１ｂが延伸し、腕部３２１ａの先端は開放端部３２２ａとなり、腕部３２１ｂの先端は開放端部３２２ｂとなっている。
なお、本明細書において、「外形」とは、アンテナエレメントの最も外側の頂点を結んだ形状を表す。例えば、切り欠かれていない比較例のエレメントの形状が「外形」である。

図４は、これらの比較例エレメント３１，３２を１ｍ円地板上に設置した時の水平面における垂直偏波の周波数に対する平均利得特性図である。縦軸は平均利得（ｄＢｉ）であり、横軸は周波数（ＭＨｚ）である。図４に示される通り、第１比較例エレメント３１では、アンテナとして使用できる周波数帯は１つのみとなる。しかも、ＬＴＥで多用されている周波数からずれた周波数帯となる。これに対して、第２比較例エレメント３２では、ＬＴＥの低周波数帯と高周波数帯で使用することができ、使用可能な帯域もある程度は広いものの、広い周波数帯を使用するＬＴＥの用途としては、必ずしも十分とはいえない。

図５Ａは第３比較例エレメント４１の模式図である。第３比較例エレメント４１は、その一辺に給電部３０が形成された台形導体を有する。図５Ｂは第４比較例エレメント４２の模式図である。第４比較例エレメント４２は、その一部に給電部３０が形成された帯状導体を有する。第４比較例エレメント４２は、第３比較例エレメント４１を刳り抜いて（あるいは切り欠いて）形成され、略台形の外形を形成したものである。つまり、第４比較例エレメント４２の材質は第３比較例エレメント４１と同じであり、外形も第３比較例エレメント４１と略同じである。また、第４比較例エレメント４２の帯状導体は、空間４２０を取り囲むように、給電部３０から二つの腕部４２１ａ，４２１ｂが延伸する。また、各腕部４２１ａ，４２１ｂの先端がそれぞれ開放端部４２２ａ，４２２ｂとなっている。

図６は、これらの比較例エレメント４１，４２を１ｍ円地板上に設置した時の水平面における垂直偏波の周波数に対する平均利得特性図である。縦軸は平均利得（ｄＢｉ）であり、横軸は周波数（ＭＨｚ）である。図６に示される通り、第３比較例エレメント４１では、アンテナとして使用できる周波数帯は１つのみである。これに対して第４比較例エレメント４２では、ＬＴＥの低周波数帯と高周波数帯で使用することができるが、ＬＴＥの周波数帯で使用する帯域としては十分とはいえない。また、第１，２比較例エレメント３１，３２よりもアンテナ利得が小さくなる。

図７Ａは第５比較例エレメント５１の模式図である。第５比較例エレメント５１は、その頂点部分に給電部３０が形成された逆三角形導体を有する。図７Ｂは実施形態の第１変形例エレメント５２の模式図である。第１変形例エレメント５２は、その頂点部分に給電部３０が形成された帯状導体を有する。第１変形例エレメント５２は、第５比較例エレメント５１を刳り抜いて（あるいは切り欠いて）形成され、略逆三角形の外形を形成したものである。つまり、第１変形例エレメント５２の材質は第５比較例エレメント５１と同じであり、外形も第５比較例エレメント５１と略同じである。また、第１変形例エレメント５２の帯状導体は、空間５２０を取り囲むように、給電部３０から二つの腕部５２１ａ，５２１ｂが延伸する。また、腕部５２１ａの先端は開放端部５２２ａとなり、腕部５２１ｂの先端が開放端部５２２ｂとなっている。この帯状導体のうち、アンテナベースと対向し、かつ給電部３０から離れ始める部分とアンテナベースとのなす角度は、略７０度である。

図８は、第５比較例エレメント５１及び第１変形例エレメント５２を１ｍ円地板上に設置した時の水平面における垂直偏波の周波数に対する平均利得特性図である。縦軸は平均利得（ｄＢｉ）であり、横軸は周波数（ＭＨｚ）である。図８に示される通り、第５比較例エレメント５１では、アンテナとして使用できる周波数帯は２つになり、高周波数帯では動作帯域は広いものの、ＬＴＥで多用されている周波数帯からはずれる。これに対して、第１変形例エレメント５２では、ＬＴＥの低周波数帯では動作帯域が狭く、ＬＴＥの高周波帯での平均利得が小さい。

図９Ａは第６比較例エレメント６１の模式図である。第６比較例エレメント６１は、その頂点部分に給電部３０が形成された、逆三角形と台形との組み合わせ導体を有する。この導体のうち、アンテナベースと対向し、かつ給電部３０から離れ始める部分とアンテナベースとのなす角度は、略２５度である。図９Ｂは実施形態の第２変形例エレメント６２の模式図である。第２変形例エレメント６２は、その頂点部分に給電部３０が形成された帯状導体を有する。この第２変形例エレメント６２は、第６比較例エレメント６１を刳り抜いて（あるいは切り欠いて）形成され、略逆三角形と略台形とを組み合わせた外形を形成したものである。第２変形例エレメント６２の材質は第６比較例エレメント６１と同じであり、外形も第６比較例エレメント６１と略同じである。また、第２変形例エレメント６２の帯状導体は、空間６２０を取り囲むように、給電部３０から互いに離れる方向に帯状に延伸する二つの腕部６２１ａ，６２１ｂを有する。各腕部６２１ａ，６２１ｂは、延伸につれてアンテナベース１０からも徐々に離れていく。また、各腕部６２１ａ，６２１ｂの先端がそれぞれ開放端部６２２ａ，６２２ｂとなっており、対向する部分が空間６２０の開口部となる。第２変形例エレメント６２のうち、アンテナベースと対向し、かつ給電部３０から離れ始める部分とアンテナベースとのなす角度は、略２５度である。

図１０は、第６比較例エレメント６１及び第２変形例エレメント６２を１ｍ円地板上に設置した時の水平面における垂直偏波の周波数に対する平均利得特性図である。縦軸は平均利得（ｄＢｉ）であり、横軸は周波数（ＭＨｚ）である。図１０に示される通り、第６比較例エレメント６１では、アンテナとして使用できる周波数帯は１つであるが、約９００ＭＨｚ～約３７００ＭＨｚの広い周波数にわたって使用することができる。ただし、ＬＴＥの約８００ＭＨｚより低い周波数及び３７００ＭＨｚより高い周波数では使用することができない。これに対して、第２変形例エレメント６２では、一定以上のアンテナ利得で使用できる周波数が低周波数帯ではより低い周波数まで拡がり、高周波数帯ではより高い周波数に拡げることができる。

これは、腕部６２１ａ，６２２ｂを帯状とし、かつ、アンテナベース１０の導体ベースから各腕部６２１ａ，６２１ｂまでの距離で決まるインダクタンスＬが、低周波帯では徐々に大きくなる結果、使用可能な周波数（ｆ＝１／（２π√（ＬＣ））が低くなるためと考えられる。他方、高周波帯ではインダクタンスＬが小さくなって使用可能な周波数が高くなるためと考えられる。
本実施形態では、このように動作する第２変形例エレメント６２を前方のアンテナエレメント２１として採用した。そのため、第６比較例エレメント６１などと比較して、一定以上のアンテナ利得で使用できる周波数を低周波帯でより低く、高周波数帯でより高くすることができる。なお、第２変形例エレメント６２をアンテナエレメント２１として用いる場合、腕部６２１ａ，６２１ｂの幅を変えたり、開放端部６２２ｂの一部を図１，２に示したように折曲しても良い。面積が同じであれば、折曲してもアンテナ利得は低くならない。

図１１Ａは第７比較例エレメント７１の模式図である。第７比較例エレメント７１は、その頂点部分に給電部３０が形成された逆三角形と台形との組み合わせ導体を有する。この導体のうち、アンテナベースと対向し、かつ給電部３０から離れ始める部分とアンテナベースとのなす角度は、略３５度である。図１１Ｂは実施形態の第３変形例エレメント７２の模式図である。第３変形例エレメント７２は、その頂点部分に給電部３０が形成された帯状導体を有する。第３変形例エレメント７２は、第７比較例エレメント７１を刳り抜いて（あるいは切り欠いて）形成され、略逆三角形と略台形とを組み合わせた外形を形成したものである。外形サイズは第７比較例エレメント７１と略同じであり、空間７２０を取り囲むように、給電部３０から互いに離れる方向に帯状に延伸する二つの腕部７２１ａ，７２１ｂを有する。各腕部７２１ａ，７２１ｂは、延伸につれてアンテナベース１０からも徐々に離れていく。また、腕部７２１ａの先端は開放端部７２２ａとなり、腕部７２１ｂの先端は開放端部７２２ｂとなっている。この開放端部７２２ａと開放端部７２２ｂとの間隙が空間７２０の開口部となる。第３変形例エレメント７２のうち、アンテナベースと対向し、かつ給電部３０から離れ始める部分とアンテナベースとのなす角度は、略３５度である。

図１２は、第７比較例エレメント７１及び第３変形例エレメント７２を１ｍ円地板上に設置した時の水平面における垂直偏波の周波数に対する平均利得特性図である。縦軸は平均利得（ｄＢｉ）であり、横軸は周波数（ＭＨｚ）である。図１２に示される通り、第７比較例エレメント７１では、アンテナとして使用できる周波数帯は１つであるが、約９００ＭＨｚ～約３６００ＭＨｚの広い周波数にわたって使用することができる。ただし、ＬＴＥの約８００ＭＨｚより低い周波数では使用することができない。これに対して第３変形例エレメント７２では、使用できる周波数が低周波数帯ではより低い周波数まで拡がっている。ただし、上述した第２変形例エレメント６２に比べると高周波帯が約６００ＭＨｚ程度、低周波帯にずれる。これは、腕部７２１ａが腕部６２１ａに比べて長いためである。そこで、本実施形態では、腕部７２１ａの長さを所望の周波数帯域に合うように調整し、これを後方のアンテナエレメント２２として採用した。

このように、本実施形態では、第２変形例エレメント６２と第３変形例エレメント７２の帯状導体を、例えば二つの腕部２１１ａ，２１１ｂ及び開放端部２１２ａ，２１２ｂを給電部３０から互いに離れるほうに延伸させ、アンテナベース１０の導電ベースからも離れるようにした。そのため、腕部２１１ａは、同じ材質及び外形の面状導体に比べてインダクタンスＬを小さくし、腕部２１１ｂは、同じ材質及び外形の面状導体に比べてインダクタンスＬを大きくすることで、一つのアンテナエレメントで例えばＬＴＥの低域と高域の２つの周波数帯を作っている。

また、腕部（開放端部２１２ａ，２１２ｂを含む）の面積を大きくすることで、対地静電容量が増加し、共振周波数を低下させることができる。また、アンテナケース１１の内壁の形状に応じて、開放端部３２２ａ，３２２ｂ，４２２ａ，４２２ｂ，５２２ａ，５２２ｂ，６２２ａ，６２２ｂ，７２２ａ，７２２ｂの一部又は全部を適宜折曲しても良いので、設計のバリエーションを拡げることができる。

また、第１比較例エレメント３１，第３比較例エレメント４１，第５比較例エレメント５１，第６比較例エレメント６１，第７比較例エレメント７１の面状導体を刳り抜いて（あるいは切り欠いて）所定空間を囲む帯状導体を有する第２比較例エレメント３２，第４比較例エレメント４２，第１変形例エレメント５２，第２変形例エレメント６２，第３変形例エレメント７２とすることで、例えば、各変形例エレメント５２，６２，７２の製造工程を簡略にすることができる。

本実施形態では、二つのアンテナエレメント２１，２２をアンテナベース１０上に立設しているため、エレメント間のアイソレーションがしばしば問題となる。帯状導体の間隔は、使用する周波数の干渉が抑制される長さにすれば良いが、帯状導体で囲む空間の開口部の開口方向を図１３Ａ～図１３Ｄに示すように、適宜調整することによってもアイソレーションを高めることができる。

図１３Ａは、前方のアンテナエレメント８１ａにおける開口方向を前方下方とし、後方のアンテナエレメント８１ｂにおける開口方向を前方水平方向とした第１例である。図１３Ｂは前方のアンテナエレメント８２ａにおける開口方向を前方下方とし、後方のアンテナエレメント８２ｂにおける開口方向を後方水平方向とした第２例である。図１３Ｃは前方のアンテナエレメント８３ａにおける開口方向を後方上方とし、後方のアンテナエレメント８３ｂにおける開口方向を前方水平方向とした第３例である。図１３Ｄは前方のアンテナエレメント８４ａにおける開口方向を後方上方とし、後方のアンテナエレメント８４５ｂにおける開口方向を後方水平方向とした第４例である。
いずれの例でも開口方向は、他方のエレメントの開口方向と一致しない。

図１４は、第１例～第４例のアイソレーション特性図である。縦軸はアイソレーション（ｄＢ）であり、横軸は周波数（ＭＨｚ）である。図中、短破線８１は第１例の場合のアイソレーション、実線８２は第２例の場合のアイソレーション、長破線８３は第３例の場合のアイソレーション、一点鎖線８４は第４例の場合のアイソレーションである。
このように、どの組み合わせによっても、ＬＴＥの低周波帯及び高周波帯のいずれにおいても十分なアイソレーションが得られているが、低域帯（９００ＭＨｚ付近）において実線８２の第２例のアイソレーションが最も良好な特性となっている。

なお、腕部２１１ａ，２１１ｂ，２２１ａ，２２１ｂの幅は、基端部２１ａ，２２ａで最も細く、基端部２１ａ，２２ａから離れるにつれてテーパ状に拡がる形状であっても良い。また、腕部２１１ａ，２１１ｂ，２２１ａ，２２１ｂ等及び開放端部２１２ａ，２１２ｂ，２２２ａ，２２２ｂの一部に切り込み等が存在しても良い。

なお、アンテナエレメント２１，２２は、本実施形態で説明した形状例以外の形状にすることもできる。例えば、略Ｖ字状、略Ｕ字状、略Ｃ字状、略Ｇ字状の形状のアンテナエレメント２１，２２にしても良い。

上述したように、本実施形態に係る二つのアンテナエレメント２１，２２は、形状（外形及び長さの少なくとも一方）が異なる二つの腕部でそれぞれ一つのエレメントを構成しているため、例えばＬＴＥの低域と高域の２つの周波数帯で動作させることができる。ただし、例えば図１０や図１２に示される通り、二つのアンテナエレメント２１，２２は、１５００ＭＨｚ付近～２０００ＭＨｚ付近では平均利得が－６ｄＢｉ以下となる。また、図１４に示される通り、１５００ＭＨｚ付近ではＬＴＥの低域と高域の２つの周波数とのアイソレーションが非常に大きい。そのため、例えば、１５７５．４２ＭＨｚ帯のＬ１信号等を受信するＧＮＳＳアンテナを本実施形態の車載アンテナ装置１に近接させても（アンテナケース１１に同梱させても）このＧＮＳＳアンテナと二つのアンテナエレメント２１，２２との干渉を回避することが可能になる。

また、本実施形態では、二つの腕部２１１ａ，２１１ｂのうち、アンテナベース１０と対向し、かつ基端部２１ａからの延伸が始まる部分とアンテナベース１０とのなす角度が鋭角であるものとして説明した。以下では、この角度の違いがアンテナ特性に与える影響について説明する。
より具体的には、この角度を様々に変えた場合のアンテナ特性（例えば周波数帯域）の変化について、上述した第１変形例エレメント５２、第２変形例エレメント６２、第３変形例エレメント７２及び第１比較例エレメント３１～第７比較例エレメント７１を用いて説明する。ただし、各変形例エレメント及び各比較例エレメントの材質は同じであるものとする。また、二つの腕部２１１ａ，２１１ｂのうち、アンテナベース１０と対向し、かつ基端部からの延伸が始まる部分とアンテナベース１０とのなす角度を、説明の便宜上「延伸角度」と称する。

まず、腕部が無いエレメントにおける延伸角度がアンテナ特性に与える影響について説明する。ここでは、第１比較例エレメント３１と、第５比較例エレメント５１と、第７比較例エレメント７１との比較例について説明する。

第１比較例エレメント３１の延伸角度は０度、第７比較例エレメント７１の延伸角度は略３５度、第５比較例エレメント５１の延伸角度は略７０度である。
第１比較例エレメント３１がアンテナとして動作可能な周波数帯域（以下、「動作帯域」）は、図４に示すように、約１０００ＭＨｚ～約２３００ＭＨｚであるのに対して、第７比較例エレメント７１の動作帯域は、図１２に示すように、約９００ＭＨｚ～約３６００ＭＨｚである。このように、延伸角度を０度より大きくすることで、動作帯域が広帯域化する。これは、延伸部分が進行波アンテナとして動作するので、延伸角度が０度を超えることで放射効率が向上することによる。

ただし、延伸角度は大きすぎると動作帯域に影響を及ぼす。例えば、図８に示すように、第５比較例エレメント５１の動作帯域はＬＴＥの低域側で約８００ＭＨｚ～１３００ＭＨｚであり、ＬＴＥの高域側で約２５００ＭＨｚ～４０００ＭＨｚである。延伸角度が略３５度である第７比較例エレメント７１とを比較すると、第５比較例エレメント５１では延伸角度が大きくなることで高域側の放射効率が向上し、高域側の動作帯域が拡がるものの、低域側では動作帯域が狭くなる。

このように、延伸角度が０度である場合に比べて延伸角度が略３５度である場合は動作帯域が広帯域化する。一方で、延伸角度が略７０度である場合は、延伸角度が０度である場合に比べて動作帯域が広帯域化するが、延伸角度が略３５度である場合と比較して動作帯域は狭くなる。

次に、腕部を有するエレメントにおける延伸角度がアンテナ特性に与える影響について説明する。ここでは、第２比較例エレメント３２と、第３変形例エレメント７２と、第１変形例エレメント５２との比較例について説明する。

第２比較例エレメント３２の延伸角度は０度であり、第３変形例エレメント７２の延伸角度は略３５度であり、第１変形例エレメント５２の延伸角度は略７０度である。第２比較例エレメント３２の動作帯域は、図４に示すように、ＬＴＥの低域側で約８００ＭＨｚ～約１２００ＭＨｚであり、ＬＴＥの高域側で約１８００ＭＨｚ～約２５００ＭＨｚである。一方、第３変形例エレメント７２の動作帯域は、図１２に示すように、ＬＴＥの低域側で約７５０ＭＨｚ～約１３００ＭＨｚであり、ＬＴＥの高域側で約１８００ＭＨｚ～約３３００ＭＨｚである。このように、延伸角度が０度を超えることで、動作帯域が広帯域化する。

ただし、腕部が無いエレメントと同様、延伸角度が大きくなりすぎると動作帯域に影響を及ぼす。例えば、図８に示すように、第１変形例エレメント５２の動作帯域はＬＴＥの低域側で約７５０ＭＨｚ～約１２００ＭＨｚであり、ＬＴＥの高域側で約２３００ＭＨｚ～約２５００ＭＨｚである。第１変形例エレメント５２では延伸角度が第３変形例エレメント７２より大きくなるものの、動作帯域は狭くなる。

このように、延伸角度が０度である場合に比べて延伸角度が略３５度である場合は動作帯域が広帯域化する一方で、延伸角度が略７０度である場合は、延伸角度が略３５度である場合よりも動作帯域は狭くなる。

同様にして、第３比較例エレメント４１と、第６比較例エレメント６１とを比較して腕部が無いエレメントにおける延伸角度のアンテナ特性に与える影響について説明する。第３比較例エレメント４１の延伸角度は０度であり、第６比較例エレメント６１の延伸角度は略２５度である。また、第３比較例エレメント４１の動作帯域は約１０００ＭＨｚ～約２５００ＭＨｚであるのに対して、第６比較例エレメント６１の動作帯域は約９００ＭＨｚ～約３７００ＭＨｚである。このように、延伸角度が０度を超えることで動作帯域が広帯域化する。

また、第４比較例エレメント４２と、第２変形例エレメント６２とを比較して腕部を有するエレメントにおける延伸角度のアンテナ特性に与える影響について説明する。第４比較例エレメント４２の延伸角度は０度であり、第２変形例エレメント６２の延伸角度は略２５度である。また、第４比較例エレメント４２の動作帯域はＬＴＥの低域側で約１０００ＭＨｚ～約１２００ＭＨｚであり、ＬＴＥの高域側で約２４００ＭＨｚ～約２７００ＭＨｚである。一方、第２変形例エレメント６２の動作帯域はＬＴＥの低域側で約９００ＭＨｚ～約１４００ＭＨｚであり、ＬＴＥの高域側で約２３００ＭＨｚ～約３８００ＭＨｚである。このように、延伸角度が０度を超えることでＬＴＥの高域側の放射効率が向上し、動作帯域が広帯域化する。更に、第２変形例エレメント６２では、第４比較例エレメント４２よりも放射効率が向上するのでＬＴＥの高域側の利得が向上する。

以上説明したように、延伸角度を０度より大きい鋭角にすることで動作帯域の広帯域化が可能になる。本実施形態では、延伸角度を略２５度、略３５度、略７０度とした例を説明したが、本発明者らの実験によれば、所望の動作帯域によっては、上記以外の角度、例えば略１５度～略２５度、略３０度、略３５度～略６５度であっても良いことが判明しており、好適には略１５度～略４５度である。

なお、本実施形態では、二つのアンテナエレメント２１，２２は、互いに異なる形状であり、アンテナベース１０の導電ベースからの高さも異なるものとして説明したが、本発明の実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、アンテナケース１１が流線型ではない場合等、二つのアンテナエレメントを収納するケースの高さや形状に応じて、二つのアンテナエレメントを同一の形状としても良い。

また、本実施形態では、二つのアンテナエレメント２１，２２の各々において２つの腕部の延伸角度が略同一である場合について説明したが、本発明の実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、二つのアンテナエレメント２１，２２の少なくとも一方において２つの腕部の延伸角度を異なるようにしても良い。

また、本実施形態では、エレメントの長さが所望の動作帯域用に調整されることを前提として説明したが、本発明の実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、所望の動作帯域用に延伸角度だけを調整しても良いし、延伸角度とエレメントの長さとを調整しても良い。

Claims (16)

1. アンテナベースと、
   前記アンテナベースに立設されるアンテナエレメントと、を備え、
   前記アンテナエレメントは、前記アンテナベースに対して略垂直となる面上に固定される基端部と、それぞれ前記基端部から互いに離れる方向に延伸する、長さの異なる二つの腕部と、を含み、
   前記二つの腕部は、少なくとも一方のインダクタンスが、同じ材質及び略同じ外形の面状導体のインダクタンスに比べて大きく、前記二つの腕部のうち長さが短い方は、その一部が折曲して先端が前記二つの腕部のうち長さが長い方に向かう形状を有する、
   車載アンテナ装置。
2. アンテナベースと、
   前記アンテナベースに立設されるアンテナエレメントと、を備え、
   前記アンテナエレメントは、前記アンテナベースに対して略垂直となる面上に固定される基端部と、それぞれ前記基端部から互いに離れる方向に延伸する、長さの異なる二つの腕部と、を含み、
   前記二つの腕部は、少なくとも一方のインダクタンスが、同じ材質及び略同じ外形の面状導体のインダクタンスに比べて小さく、前記二つの腕部のうち長さが短い方は、その一部が折曲して先端が前記二つの腕部のうち長さが長い方に向かう形状を有する、
   車載アンテナ装置。
3. 前記二つの腕部のうち、一方の腕部のインダクタンスが他方の腕部のインダクタンスよりも小さい、
   請求項１又は２に記載の車載アンテナ装置。
4. 前記二つの腕部は、それぞれの対向間隔が前記基端部の付近から離れるほど大きくなり、少なくとも一つの腕部には、前記基端部から最も離れた部位に開放端部が形成されている帯状導体である、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の車載アンテナ装置。
5. 前記帯状導体の幅が、ＬＴＥの使用周波数帯で３ｍｍ以上である、
   請求項４に記載の車載アンテナ装置。
6. 前記アンテナエレメントは帯状導体を有する、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の車載アンテナ装置。
7. 前記二つの腕部は、互いに異なる長さで空間を取り囲んでいる、
   請求項１から６のいずれか一項に記載の車載アンテナ装置。
8. 前記二つの腕部の開放端部同士が近接することにより前記空間の開口部が形成される、
   請求項７に記載の車載アンテナ装置。
9. 前記二つの腕部は、前記基端部を中心とした略Ｖ字形状、略Ｕ字形状、略Ｃ字形状、略Ｇ字形状の少なくとも一部を形成する、
   請求項１から８のいずれか一項に記載の車載アンテナ装置。
10. 前記二つの腕部のうち、前記アンテナベースと対向し、かつ前記基端部からの延伸が始まる部分と前記アンテナベースとのなす角度が鋭角をなす、
    請求項１から９のいずれか一項に記載の車載アンテナ装置。
11. アンテナベースと、
    前記アンテナベースに立設される複数のアンテナエレメントと、を備え、
    前記複数のアンテナエレメントは、それぞれ、前記アンテナベースと略垂直となる面上に固定される基端部と、それぞれ前記基端部から互いに離れる方向に帯状に延伸する、長さの異なる二つの腕部と、を含み、
    前記二つの腕部は、それぞれの対向間隔が前記基端部の付近から離れるほど大きくなる空間の開口部を形成し、
    隣り合う二つの前記アンテナエレメントにおける前記開口部の開口方向が互いに異なり、前記二つの腕部のうち長さが短い方は、その一部が折曲して先端が前記二つの腕部のうち長さが長い方に向かう形状を有する、
    車載アンテナ装置。
12. アンテナベースと、
    前記アンテナベースに立設されるアンテナエレメントと、を備え、
    前記アンテナエレメントは、前記アンテナベースに対して略垂直となる面上に固定される基端部と、それぞれ前記基端部から、給電部を中心として互いに離れる方向に延伸する、長さの異なる二つの腕部と、を含み、
    前記二つの腕部は、互いに異なる形状を有し、
    前記二つの腕部のうち、前記アンテナベースと対向し、かつ前記基端部からの延伸が始まる部分のそれぞれは、前記アンテナベースと鋭角をなし、
    前記二つの腕部のうち長さが短い方は、その一部が折曲して先端が前記二つの腕部のうち長さが長い方に向かう形状を有する、
    車載アンテナ装置。
13. アンテナベースと、
    前記アンテナベースに立設されるアンテナエレメントと、を備え、
    前記アンテナエレメントは、前記アンテナベースに対して略垂直となる面上に固定される基端部と、それぞれ前記基端部から互いに離れる方向に延伸する二つの腕部と、を含み、
    前記二つの腕部は、少なくとも一方のインダクタンスが、同じ材質及び略同じ外形の面状導体のインダクタンスに比べて大きく、
    前記二つの腕部は、それぞれの対向間隔が前記基端部の付近から離れるほど大きくなる、
    車載アンテナ装置。
14. アンテナベースと、
    前記アンテナベースに立設されるアンテナエレメントと、を備え、
    前記アンテナエレメントは、前記アンテナベースに対して略垂直となる面上に固定される基端部と、それぞれ前記基端部から互いに離れる方向に延伸する二つの腕部と、を含み、
    前記二つの腕部は、少なくとも一方のインダクタンスが、同じ材質及び略同じ外形の面状導体のインダクタンスに比べて小さく、
    前記二つの腕部は、それぞれの対向間隔が前記基端部の付近から離れるほど大きくなる、
    車載アンテナ装置。
15. アンテナベースと、
    前記アンテナベースに立設される複数のアンテナエレメントと、を備え、
    前記複数のアンテナエレメントは、それぞれ、前記アンテナベースと略垂直となる面上に固定される基端部と、それぞれ前記基端部から互いに離れる方向に帯状に延伸する二つの腕部と、を含み、
    前記二つの腕部は、それぞれの対向間隔が前記基端部の付近から離れるほど大きくなる空間の開口部を形成し、
    隣り合う二つの前記アンテナエレメントにおける前記開口部の開口方向が互いに異なり、
    前記二つの腕部は、それぞれの対向間隔が前記基端部の付近から離れるほど大きくなる、
    車載アンテナ装置。
16. アンテナベースと、
    前記アンテナベースに立設されるアンテナエレメントと、を備え、
    前記アンテナエレメントは、前記アンテナベースに対して略垂直となる面上に固定される基端部と、それぞれ前記基端部から、給電部を中心として互いに離れる方向に延伸する二つの腕部と、を含み、
    前記二つの腕部は、互いに異なる形状を有し、
    前記二つの腕部のうち、前記アンテナベースと対向し、かつ前記基端部からの延伸が始まる部分のそれぞれは、前記アンテナベースと鋭角をなし、
    前記二つの腕部は、それぞれの対向間隔が前記基端部の付近から離れるほど大きくなる、
    車載アンテナ装置。

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