JP2005101761A - 薄型アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】 円偏波を受信可能な２つのモノポールアンテナをシート状の誘電体に形成して薄型化と送受信電波の種類の拡大を図った薄型アンテナを提供する。
【解決手段】 ２つのモノポールアンテナ１１，１２から成るクロスモノポールアンテナ１０Ｃによって円偏波を受信する薄型アンテナ１０を構成するに際して、モノポールアンテナ１１，１２をそのアンテナ素子の軸線を略直交させて配置すると共に、アンテナ素子を合成器又は分配器に接続し、更に、一方のアンテナ素子と合成器又は分配器との間には位相合わせ用の移相器を配置する。モノポールアンテナ１１，１２はシート状の誘電体１４の一方の面に形成し、他方の面にはアースパターン６０を形成する。薄いシート状の誘電体１４には透明フィルムを使用することができる。クロスモノポールアンテナ１０Ｃに近接させて他のアンテナも設置可能である。
【選択図】 図１

Description

本発明は薄型アンテナに関し、特に、自動車等の移動体において、移動体のデザインを損ねることなく移動体に取り付けられて、円偏波を含む電波を受信、或いは送信、又は送受信することが可能な、小型で軽量の薄型アンテナに関する。

従来から、自動車等の車両（移動体）には、移動中にも電波の受信等を可能にするアンテナが搭載されている。一般に、車両が受信する電波は、長年に渡ってＡＭラジオ用の中波（ＭＷ）とＦＭラジオ用やテレビ用の超短波（ＶＨＦ）や極超短波（ＵＨＦ）が主なものであった。

ところが近年、これらの電波を受信するアンテナに加えて、高周波帯のＧＰＳ（グローバル・ポジショニング・システム：全地球測位システム）用のアンテナ、あるいは衛星ディジタル放送用の衛星電波やその再放射波（ギャップフィラー波）を受信するアンテナや、自動車電話や携帯電話等の電話用の電波を送受信するアンテナが車両に必要となりつつある。更には、ＩＴＳ（高度道路交通システム）の一環として、高速道路や有料道路の料金を自動的に徴収するＥＴＣ（自動料金所システム）や、道路交通情報を提供するＶＩＣＳ（道路交通情報通信システム）の電波ビーコンに対しても電波の送受信を行うアンテナが必要となってきている。従って、近年の車両は、多くの種類の電波を受信、或いは送信するためのアンテナを搭載しなければならなくなってきている。

このような移動体が送受信すべき電波の中で、ＧＰＳ用の電波、衛星ディジタル放送用の衛星電波、或いは、ＥＴＣ用の電波には円偏波が使用されている。そして、従来の円偏波アンテナにはパッチアンテナが多く利用されていた。このパッチアンテナとしては、セラミック等の誘電体基板の一面に平面状のアース導体を設置し、他方の面に放射導体を設置する構成が採用されることが多い。この種のパッチアンテナとして、自動車等の移動体の屋根に設置して使用される、ロープロファイル型で水平無指向性の移動体用のパッチアンテナが既に提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−１３５０４５号公報（図１，図２）

しかしながら、特許文献１等に開示されているパッチアンテナは、基板を使用するために、アンテナの厚みが大きくなってしまい、薄型化が困難で車両のデザインを損なう虞があった。また、このパッチアンテナは一定以上の面積の基板及び平面状アース導体を備える必要があることから、フロントガラス等の透過視認性が要求される部材に設置された場合、運転者の前方の視界を損なう問題もあった。

このような問題点に対して、前方視界を損なうことのない円偏波アンテナとして、ヘリカルアンテナやクロスダイポールアンテナ等のように、線状導体で構成する円偏波アンテナも提案されているが、この提案のアンテナは、アンテナの高さが高くなったり、アンテナを設置する誘電体、例えば誘電体フィルム等、の両面にアンテナパターンを精密に設置する必要があり、アンテナとして高周波特性を満足するには、フィルムの透明度が低くなったり、製造コストが高くなってコストアップとなる問題点があった。

そこで、本発明は、アンテナを薄型化して車両の内部に搭載可能とし、車両のデザインを損なう虞を無くすと共に、アンテナが視界を遮る虞がなく、更に、構造が簡易で、主に円偏波を良好に送受信することが可能な薄型アンテナを提供することを目的としている。

また、本発明の他の目的は、車両に搭載する必要のあるその他のアンテナをできるだけ多くこの薄型アンテナに組み込むことにより、アンテナ搭載スペースを削減し、アンテナのコストを低減した薄型アンテナを提供することにある。

前記目的を達成する本発明の薄型アンテナは、以下の第１から第１８の形態をとることができる。

第１の形態は、第１と第２の２つのモノポールアンテナを有する薄型アンテナであって、第１と第２のモノポールアンテナのアンテナ素子の軸線を略直交させて配置すると共に、アンテナ素子を合成器又は分配器に接続し、更に、一方のアンテナ素子と合成器又は分配器との間には、第1と第２のアンテナによって受信又は送信される電波の位相を合わせるための移相器を配置した薄型アンテナである。

第２の形態は、第１の形態の第１と第２のモノポールアンテナの給電側に、２本の導体線から構成される平衡線をそれぞれ接続した薄型アンテナである。

第３の形態は、第２の形態の２本の導体線のうちの１本は、一端を前記アンテナ素子、他端を移相器又は合成器の何れか一方に接続し、他の１本は、一端をアースパターンに接続した薄型アンテナである。

第４の形態は、第２又は第３の形態において、モノポールアンテナのアンテナ素子及び平衡線をシート状の誘電体の上に構成した薄型アンテナである。

第５の形態は、第４の形態において、モノポールアンテナのアンテナ素子の長さを送受信周波数の１／４から１／３の長さとし、平衡線の長さを送受信周波数の１／８から１／４とし、第１と第２のモノポールアンテナにそれぞれ接続される平衡線の間隔を送受信周波数の１／８から１／４とした薄型アンテナである。

第６の形態は、第４又は第５の形態において、アンテナ素子を誘電体の一方の面に配置し、誘電体の他方の面にはアースパターンを配置した薄型アンテナである。

第７の形態は、第６の形態において、平衡線のうちの１本をアンテナ素子と同じ面に形成し、他の１本を誘電体の他方の面に形成した薄型アンテナである。

第８の形態は、第６又は第７の形態において、アースパターンをアンテナ素子に重ならないように配置した薄型アンテナである。

第９の形態は、第１の形態において、第１と第２のモノポールアンテナのアンテナ素子の給電点が近接するようにアンテナ素子を配置し、不平衡線で給電するようにした薄型アンテナである。

第１０の形態は、第９の形態において、第１と第２のモノポールアンテナのアンテナ素子をシート状の誘電体の一方の面上に形成し、誘電体の他方の面には、アンテナ素子の給電点近傍に端部が位置するように、アンテナ素子側が凸の形状のアースパターンを配置した薄型アンテナである。

第１１の形態は、第１０の形態において、アースパターンの端部を略直角に形成した薄型アンテナである。

第１２の形態は、第１から第１１の何れかの形態において、第１と第２のモノポールアンテナの先端部近傍に、モノポールアンテナのアンテナ素子と電気的に接続しない線状導体を、導波器又は反射器として機能するように配置した薄型アンテナである。

第１３の形態は、第１２の形態において、第１と第２のモノポールアンテナのアンテナ素子をある直線に対して線対称に配置し、線状導体を、この直線に直交するように配置した薄型アンテナである。

第１４の形態は、第１２又は１３の形態において、線状導体を導波器として機能させるように、線状導体の長さを、モノポールアンテナが送受信する電波の波長の１／２より短い長さとした薄型アンテナである。

第１５の形態は、第１２又は１３の形態において、線状導体を反射器として機能させるように、線状導体の長さを、モノポールアンテナが送受信する電波の波長の１／２以上とした薄型アンテナである。

第１６の形態は、第１２の形態において、線状導体として、モノポールアンテナと同じ面に形成された他のアンテナの一部を利用した薄型アンテナである。

第１７の形態は、第４の形態において、シート状の誘電体を透明な絶縁体フィルムで構成し、このフィルムを自動車のガラス又は絶縁体で構成された外装部材に設置した薄型アンテナである。

第１８の形態は、第４の形態において、アンテナ素子及び平衡線を、自動車のガラス、又は絶縁体で構成された外装部材の表面又は内部に設置したことを特徴とする薄型アンテナである。

本発明によれば、給電構造が簡単で、円偏波を受信することができる薄型アンテナが提供される。また、薄型の誘電体に各種のアンテナを設置することができる上に、車両の誘電体に設置することもできるため、車両デザインを損なう虞がなく、アンテナが損傷したり、盗難被害に合う等の虞がない。更に、薄型の誘電体を透明フィルムとすることにより、運転者の視界を遮る虞がない。更にまた、車両に搭載する必要のあるその他のアンテナをできるだけ多くこの薄型アンテナに組み込むことにより、複数種類の電波用のアンテナ搭載スペースが削減され、ケーブルを統合することができるので、アンテナの車両への搭載性、取付性が向上し、アンテナの設置コストが低減される。

以下添付図面を用いて本発明に係る実施の形態を具体的な実施例に基づいて詳細に説明する。なお、一般に、アンテナは電波の送信と受信の両方を行い得るものであるが、以下に示す実施例では、説明を簡単にするために、アンテナが電波を受信する場合についてのみ説明し、アンテナが電波を送信する場合についてはその説明を省略する。

図１は、本発明の第１の実施例の薄型アンテナ１０、及びこれに接続する２本のケーブル２，３を示すものである。第１の実施例のアンテナ１０は、透明フィルム１４の上に、円偏波を送受信するための２つのモノポールアンテナ１１、１２と、テレビ電波を受信するためのＴＶアンテナ１３とを備えている。この例の２つのモノポールアンテナ１１、１２は、そのアンテナ素子の軸線が略９０°で交差するように配置されたクロスモノポールアンテナ１０Ｃである。

また、図１は、薄型アンテナ１０を電波の到来方向の逆方向から見たものである。即ち、薄型アンテナ１０を、例えば自動車のフロントガラスの内側に貼り付けた場合に、これを自動車の車室内側から見たものである。車室内側から見たクロスモノポールアンテナ１０Ｃは、透明フィルム１４の左側の部分に配置されている。クロスモノポールアンテナ１０Ｃは右旋円偏波を感度良く受信するために、モノポールアンテナ１１、１２をその軸線が９０°で交差するように配置し、一方のモノポールアンテナに９０°の移相器を配置して両方のアンテナで受信した電波から得られる信号の位相を合わせている。

また、ＴＶアンテナ１３は透明フィルム１４の周辺部に沿って設けられており、先端部が折り曲げられている。そして、ＴＶアンテナ１３を構成する線状導体の一方の端部にはアンテナ接続端子１８が設けられている。この実施例では、クロスモノポールアンテナ１０ＣとＴＶアンテナ１３が設けられていない部分の透明フィルム１４は切り取られて孔部１５となっている。この孔部１５は、クロスモノポールアンテナ１０Ｃが配置された透明フィルム１４Ａの部分を囲むように設けられており、クロスモノポールアンテナ１０Ｃが配置された透明フィルム１４Ａの部分が舌片状になっている。以後、この部分を透明フィルムの舌片部１４Ａと言う。

更に、クロスモノポールアンテナ１０Ｃを構成する２つのモノポールアンテナ１１、１２の給電側の端部は、導体線６１、６２を介して、２つの給電端子１６，１７に接続されている。透明フィルムの２つの給電端子１６，１７の裏面側には、この実施例では矩形状のアースパターン６０が形成されており、このアースパターン６０からは、前述の導体線６１、６２にそれぞれ平行に２本の導体線６３、６４が突出して形成されている。２本の導体線６３、６４は前述の導体線６１、６２と同じ線幅、同じ線長であり、導体線６１、６３で平衡線６５を形成し、導体線６２、６４で平衡線６６を形成している。即ち、２つのモノポールアンテナ１１、１２の給電側の端部はそれぞれ平衡線６５，６６に接続している。導体線６１〜６４の線幅、線長が異なる場合は、伝送効率が低くなる。

本発明者らの実験によれば、クロスモノポールアンテナ１０Ｃの裏面にアースパターン６０があると、円偏波が良好に受信できなかった。そこで、モノポールアンテナ１１、１２のアンテナ素子をアースパターン６０から離すために、アースパターン６０から突出する導体線６３，６４とアンテナ素子の連絡線（導体線）６１，６２からなる平衡線６５，６６が設けられている。この平衡線６５，６６は、アンテナとして動作しない伝送線路である。

更に、２つの給電端子１６，１７の間には、接続端子３３が設けられている。この接続端子３３は裏面側のアースパターン６０とスルホールで接続して直流的なアースとすることができる。一方、接続端子３３は裏面側のアースパターン６０とスルホールで接続しなくても、面積を大きくして容量結合による交流的なアースとすることもできる。

クロスモノポールアンテナ１０Ｃの２つの給電端子１６，１７と接続端子３３にはケーブル２を接続することができ、クロスモノポールアンテナ１０Ｃで受信した電波は、このケーブル２によって、所定の受信機、例えば、ＧＰＳレシーバに導かれる。ケーブル２の薄型アンテナ１０側の先端部にはコネクタ２７が接続されており、このコネクタ２７に設けられた２つの接続端子２１、２２がクロスモノポールアンテナ１０Ｃの２つの給電端子１６，１７にそれぞれ接続し、残りの接続端子２３が接続端子３３に接続する。３つの接続端子２１、２２，２３は、この実施例ではばね性を備えている。コネクタ２７の透明フィルム１４への接着は、例えば、両面接着テープで行えば良い。図１の透明フィルム１４の上に二点鎖線で示す位置がコネクタ２７の取付位置である。また、コネクタ２７の内部には、後述する移相器、合成器、及びアンプを搭載することができる。この場合、接続端子２３がこれら移相器、合成器、及びアンプのアースに接続する。コネクタ２７に接続するケーブル２は同軸ケーブルである。

ＴＶアンテナ１３のアンテナ接続端子１８にはケーブル３を接続することができ、ＴＶアンテナ１３で受信した電波から得られる信号は、このケーブル３と、これに接続するケーブル４によって、図示しないＴＶチューナに導かれる。ケーブル３の薄型アンテナ１０側の先端部にはコネクタ３１が接続されており、このコネクタ３１に設けられた接続端子３２がＴＶアンテナ１３のアンテナ接続端子１８に接続する。コネクタ３１の透明フィルム１４への接着も、例えば、両面接着テープで行えば良い。ケーブル３は単芯ケーブルであり、この実施例では同軸ケーブル４の芯線４１に接続される。この同軸ケーブル４のアース線４２は、別の単芯ケーブル４３によって自動車のボディ４４の一部に導かれ、このボディ４４に貼り付けられた金属箔４５にコネクタ４６で接続される。即ち、同軸ケーブル４のアース線４２は、自動車のボディ４４に交流的にアースされる。

図２（ａ）は本発明の薄型アンテナ１０と共に使用する薄型のテレビアンテナ５０の構成を示すものである。テレビアンテナ５０は、透明フィルム１４の上にテレビ電波を受信するための２つのＴＶアンテナ５１，５２を備えている。図２（ａ）は、テレビアンテナ５０を自動車のフロントガラスの内側に設置した場合に、これを自動車の車室内側から見たものである。車室内側から見た２つのＴＶアンテナ５１，５２は透明フィルム１４の周辺部に沿って設けられており、この実施例では、２つのＴＶアンテナ５１，５２が設けられていない部分の透明フィルム１４は切り取られて孔部５５となっている。更に、ＴＶアンテナ５１，５２を構成する線状導体の一方の端部には、それぞれアンテナ接続端子５３，５４が設けられている。アンテナ接続端子５３，５４には、図１で説明したケーブル３と同様のケーブルがコネクタを介して接続され、受信した電波から得られる信号はケーブルを通じて同様にＴＶチューナに導かれる。

図２（ｂ）は、図１の薄型アンテナ１０と図２（ａ）の薄型テレビアンテナ５０を自動車のフロントガラス１の左右の上部に設置した場合の、受信機８０との接続を示す自動車の車室内前方を示すものであり、図３は図２（ｂ）に示した薄型アンテナ１０と薄型テレビアンテナ５０、及び受信機８０との接続を示す回路図である。

まず、図３を用いて薄型アンテナ１０と薄型テレビアンテナ５０の、受信機８０との接続を説明する。薄型アンテナ１０に設けられたクロスモノポールアンテナ１０Ｃは、前述のようにコネクタ２７と同軸ケーブル２を用いて受信機８０に内蔵されたＧＰＳレシーバ８１に接続されている。この実施例では、コネクタ２７に移相器６、合成器７、及びアンプ８が内蔵されている。移相器６は一方のモノポールアンテナ（第１のモノポールアンテナ）１１に接続されており、合成器７は移相器６からの信号と他方のモノポールアンテナ（第２のモノポールアンテナ）１２からの信号とを合成してアンプ８に出力する。

また、薄型アンテナ１０に設けられたＴＶアンテナ１３は、コネクタ３１と図示しないケーブル２と同軸ケーブル４によってセレクタ／アンプ４０のセレクタ４７に接続されている。また、薄型テレビアンテナ５０に設けられた２つのＴＶアンテナ５１，５２は、それぞれコネクタ３１と図示しないケーブル２と同軸ケーブル４によってセレクタ／アンプ４０のセレクタ４７に接続されている。セレクタ４７は、受信感度の高いＴＶアンテナ（ＴＶアンテナ１３，５１，５２の何れか）を選択して、その出力がアンプ４８に出力されるようにＴＶアンテナを切り換える。この結果、ＴＶアンテナ１３，５１，５２の何れか１つが、セレクタ／アンプ４０と同軸ケーブル５を通じて受信機８に内蔵されたＴＶチューナ８２に接続される。

図２（ｂ）に戻ると、この実施例では、受信機８０は自動車のセンターコンソールに内蔵されており、セレクタ／アンプ４０は助手席側の足元に内蔵されている。そして、薄型アンテナ１０と薄型テレビアンテナ５０からのケーブル２，４は自動車のＡピラーに沿って取り付けられて受信機８０に直接接続される、或いはセレクタ／アンプ４０とケーブル５を通じて受信機８０に接続される。そして、薄型アンテナ１０と薄型テレビアンテナ５０は、前述のように、透明フィルムを使用して構成されているので、これらをフロントガラス１の上部に取り付けた場合でも、薄型アンテナ１０と薄型テレビアンテナ５０とが自動車の運転者の視界、特に左前方の視界Ｖを妨げることがなくなる。

なお、図１に示した薄型アンテナ１０が形成された透明フィルム１４の両面には、クロスモノポールアンテナ１０Ｃ、ＴＶアンテナ１３、５１、５２と、アースパターン６０を保護するための保護膜が設けられる。この薄型アンテナ１０は、保護膜の上に貼付した両面接着テープ３９により、図２（ｂ）に示した自動車のフロントガラス１の裏面（車室内側）に貼り付けることができる。更に、別の実施形態として、薄型アンテナ１０や薄型テレビアンテナ５０を、自動車のフロントガラス１に内蔵させることもできる。

図４（ａ）は、図１に示したクロスモノポールアンテナ１０Ｃに接続するコネクタ２７に、移相器６、合成器７、及びアンプ（ロー・ノイズ・アンプ）８を内蔵させた形態を示すものである。この構成にすれば、クロスモノポールアンテナ１０Ｃを構成する第１のモノポールアンテナ１１で受信された電波から得られる信号は、導体線６１、６３から構成される平衡線６５で移相器６に導かれ、位相が変更されて合成器７に導かれる。一方、第２のモノポールアンテナ１２で受信された電波から得られる信号は、導体線６２、６４から構成される平衡線６６を介して直接合成器７に導かれる。この移相器６によって第１のモノポールアンテナ１１からの信号の位相が、第２のモンポールアンテナ１２からの信号の位相と同じになる。この結果、合成器７では同相の信号が合成されるので、信号のパワーが倍になる。合成された信号は、アンプ６で増幅されて同軸ケーブル２でＧＰＳレシーバに導くことができる。図４（ｂ）は図４（ａ）に示したアンプ６の内部構成の一例を示す回路図である。この図において、Ｃはコンデンサ、Ｌはコイル、２４，２６はアンプ、２５はバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）を示している。クロスモノポールアンテナ１０ＣがＧＰＳに使用される電波を受信する場合、ＢＰＦ２５の中心周波数は１５７５ＭＨｚであり、帯域はこの周波数を中心にして、上下に１．５ＭＨｚである。

ここで、本発明の薄型アンテナ１０が主として受信する円偏波を受信するクロスモノポールアンテナ１０Ｃの本発明における構成について説明する。

図５（ａ）、（ｂ）は、本発明に使用する右旋回の円偏波受信用のクロスモノポールアンテナ１０Ｃの構成を示すものであり、（ａ）はクロスモノポールアンテナ１０Ｃを平面視したもの、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面を示している。右旋回の円偏波は、ＧＰＳ用の電波に使用されている他に、ＥＴＣ用の電波に使用されている。この図は右旋回の円偏波の到来方向からクロスモノポールアンテナ１０Ｃを見た状態を示している。

図において、第１のモノポールアンテナ１１と第２のモノポールアンテナ１２は、それぞれその線長Ｌ１は３８ｍｍであり、線幅Ｌ２は１ｍｍである。なお、図示の線幅は実際よりも太く描いてあり、正確なものではない。第１と第２のモノポールアンテナ１１、１２は各々のアンテナ素子の軸線ＡＸ１１，ＡＸ２が直交するように配置されており、第１と第２のモノポールアンテナ１１、１２の近接する側の端部間の距離Ｌ３は約３０ｍｍである。また、第１と第２のモノポールアンテナ１１、１２に接続する平衡線６５、６６の長さＬ４は約２０ｍｍであり、平衡線６５、６６を構成する導体線６１〜６４の線幅は０．５ｍｍであり、導体線６１と６３の間、及び導体線６２と６４の間のギャップＬ５（平面視した場合）は０．８５ｍｍである。

平衡線６５に接続する移相器６、移相器６と平衡線６６に接続する合成器７、及びアンプ８は、この図のように透明フィルム１４の上に設けることもできるが、これらの回路は前述のコネクタ２７側に内蔵させることもできる。

なお、図５（ｂ）に示す第１と第２のモノポールアンテナ１１、１２、平衡線６５、及び平衡線６６の線厚と、移相器６、合成器７、及びアンプ８の高さは、その構成を示すために大きく描いてあり、正確な数値を示すものではない。

ところで、クロスモノポールアンテナ１０Ｃを構成するモノポールアンテナの全長は、比誘電率１の誘電体にモノポールアンテナを設置した場合は受信する電波の波長に等しく、ＧＰＳ用の場合、アンテナ素子の一辺の長さは４８ｍｍである。一方、ガラス等の誘電率が高い部材にこのモノポールアンテナを設置する場合は、波長短縮に応じてアンテナ素子の全長を短くすることができる。

例えば、λ１を誘電体上でのある特定の周波数における電波の波長とし、λ０を自由空間における前述の或る特定の周波数と同じ周波数における電波の波長とし、αをアンテナ周囲の誘電体による波長短縮率とすると、
λ１＝α×λ０
の関係が成り立つので、この波長短縮率αに応じてモノポールアンテナのアンテナ素子の全長を小さくすることができるのである。よって、透明フィルム１４の上に形成したモノポールアンテナ１１、１２の全長Ｌ１は、この実施例では３８ｍｍである。なお、クロスモノポールアンテナ１０Ｃを構成する導体は、導体薄膜、ワイヤ、導電性インクによる印刷によって形成すれば良い。

図６（ａ）は本発明のクロスモノポールアンテナ１０Ｃに接続する平衡線６５，６６の別の実施例を示す部分図であり、（ｂ）は本発明のクロスモノポールアンテナ１０Ｃに接続する平衡線６５，６６の更に別の実施例を示す部分図である。前述の実施例では、平衡線６５、６６のアースパターン６０に接続する導体線６３、６４は、モノポールアンテナ１１、１２に接続する導体線６１、６２の内側に配置されていたが、図６（ａ）では、平衡線６５、６６のアースパターン６０に接続する導体線６３、６４は、モノポールアンテナ１１、１２に接続する導体線６１、６２の外側に配置されている。また、図６（ｂ）では、平衡線６５のアースパターン６０に接続する導体線６３は、モノポールアンテナ１１に接続する導体線６１の内側に配置されているが、平衡線６６のアースパターン６０に接続する導体線６４は、モノポールアンテナ１２に接続する導体線６２の外側に配置されている。導体線６１と６３の間、及び導体線６２と６４の間のギャップＬ５は０．８５ｍｍで前述の実施例と同じである。

このように、平衡線６５、６６における導体線６１、６３及び導体線６２、６４の配置は、両者の間に所定のギャップが確保されていれば、その位置は導体線６１、６２の内側と外側のどちらでも良い。また、平衡線６５、６６では、モノポールアンテナ１１、１２に接続する導体線６１、６２に対して、アースパターン６０に接続する導体線６３、６４は透明フィルム１４の裏面側に設けられている。従って、クロスモノポールアンテナ１０Ｃの電波の受信効率を重視しなければ、平衡線６５、６６における導体線６１、６３及び導体線６２、６４の配置は前述の所定のギャップに縛られることはなく、モノポールアンテナ１１、１２に接続する導体線６１、６２に対して、アースパターン６０に接続する導体線６３、６４が透明フィルム１４の対向面に設けても良いものである。

図７（ａ）は右旋回円偏波を受信するための本発明のクロスモノポールアンテナ１０Ｃに接続する移相器６の一例を示すものである。図示のように、第１のモノポールアンテナ１１と第２のモノポールアンテナ１２が、その軸線ＡＸ１，ＡＸ２が直交するように配置されている場合、第１のモノポールアンテナ１１で受信した電波から得られる信号の位相に対して、第２のモノポールアンテナ１２で受信した電波から得られる信号の位相が９０°遅れる。この場合は、２つの信号の位相を合わせるために、第１のモノポールアンテナ１１の給電回路に位相を９０°遅らせる＋９０°の移相器６を設置する。

なお、クロスモノポールアンテナ１０Ｃの受信効率を重視しなくても良い場合は、第１のモノポールアンテナ１１と第２のモノポールアンテナ１２の軸線ＡＸ１，ＡＸ２の交差角は９０°にする必要がなく、８０°でも１００°でも良い。そして、第１のモノポールアンテナ１１と第２のモノポールアンテナ１２の軸線ＡＸ１，ＡＸ２の交差角を８０°にした場合は、第１のモノポールアンテナ１１の給電回路に位相を８０°遅らせる＋８０°の移相器６を設置する。

図７（ｂ）は右旋回円偏波と左旋回円偏波とを切り換えて受信する場合に、本発明のクロスモノポールアンテナ１０Ｃに接続する移相器６Ａと６Ｂの一例を示すものである。
軸線ＡＸ１，ＡＸ２が直交するように配置されている第１のモノポールアンテナ１１と第２のモノポールアンテナ１２で左旋回円偏波を受信する場合、第１のモノポールアンテナ１１で受信した電波から得られる信号の位相に対して、第２のモノポールアンテナ１２で受信した電波から得られる信号の位相が９０°進む。この場合は、２つの信号の位相を合わせるために、第１のモノポールアンテナ１１の給電回路に位相を９０°進ませる−９０°移相器を設置する必要がある。

そこで、この実施例では、第１のモノポールアンテナ１１に、位相を９０°遅らせる＋９０°移相器６Ａと、位相を９０°進ませる−９０°位相器６ＢをスイッチＳＷ１，ＳＷ２で短絡可能に接続してある。よって、この実施例では、一方のスイッチＳＷ、例えばスイッチＳＷ１を＋９０°移相器６Ａ側に切り換え、他方のスイッチＳＷ２を短絡側に切り換えれば、クロスモノポールアンテナ１０Ｃが右旋回円偏波の受信アンテナとなり、スイッチＳＷ１を短絡側に切り換え、他方のスイッチＳＷ２を−９０°移相器６Ｂ側に切り換えれば、クロスモノポールアンテナ１０Ｃが左旋回円偏波の受信アンテナとなる。つまり、平衡線６５と合成器７との間の導体線に、＋９０°移相器６Ａを挿入すればクロスモノポールアンテナ１０Ｃが右旋回円偏波の受信アンテナとなり、−９０°移相器６Ｂを挿入すればクロスモノポールアンテナ１０Ｃが左旋回円偏波の受信アンテナとなる。

図８（ａ）、（ｂ）は、図１に示したクロスモノポールアンテナ１０Ｃの近傍に補助導体９を配置した例を示すものである。この補助導体９は、例えば、クロスモノポールアンテナ１０Ｃを構成する第１と第２のモノポールアンテナ１１、１２の軸線ＡＸ１，ＡＸ２の交差角を２等分する線ＤＬに垂直な方向に配置すれば良い。補助導体９は、その全長をクロスモノポールアンテナ１０Ｃが受信する電波の波長の１／２に対して、図８（ａ）に示すように長くするか、図８（ｂ）に示すように短くするかによって、薄型アンテナ１０の指向性を変えることができる。この補助導体９は１本でも良いが、複数本配置しても良い。

図８（ａ）に示すように、補助導体９の長さをクロスモノポールアンテナ１０Ｃの受信電波の波長の１／２以上の長さにすると、図９（ａ）に示すように、クロスモノポールアンテナ１０Ｃの受信の指向性が、クロスモノポールアンテナ１０Ｃの中心点ＣＰに立てた垂直軸Ｙに対して、補助導体９の反対側の斜め上方を向いた指向軸Ｚとなる。なお、図９（ａ）には平衡線６５、６６の図示は省略してある。また、図８（ｂ）に示すように、補助導体９の長さをクロスモノポールアンテナ１０Ｃの受信電波の波長の１／２未満の長さにすると、図９（ｂ）に示すように、クロスモノポールアンテナ１０Ｃの受信の指向性が、クロスモノポールアンテナ１０Ｃの中心点ＣＰに立てた垂直軸Ｙに対して、補助導体９と同じ側の斜め上方を向いた指向軸Ｘとなる。なお、図９（ｂ）には平衡線６５、６６の図示は省略してある。

よって、図８（ａ）に示した補助導体９の長さがクロスモノポールアンテナ１０Ｃの受信電波の波長の１／２以上の長さであるクロスモノポールアンテナ１０Ｃを有する薄型アンテナ１０を、図８（ｃ）に示すように、自動車１００の傾斜したフロントガラス１に取り付けると、薄型アンテナ１０の受信の指向軸の方向を、矢印Ｚで示す天頂方向に向けることができる。この結果、薄型アンテナ１０の天頂方向に対する受信性能が向上する。一方、図８（ｂ）に示した補助導体９の長さがクロスモノポールアンテナ１０Ｃの受信電波の波長の１／２未満の長さであるクロスモノポールアンテナ１０Ｃを有する薄型アンテナ１０を、図８（ｃ）に示すように、自動車１００の傾斜したフロントガラス１に取り付けると、薄型アンテナ２０の受信の指向軸の方向を、矢印Ｘで示す水平方向に近い方向に向けることができる。この結果、薄型アンテナ１０の水平に近い方向に対する受信性能が向上する。

図１０（ａ）は本発明の第２実施例に係るクロスモノポールアンテナ１０Ｄの構成を示す構成図、（ｂ）は（ａ）のＢ‐Ｂ線における断面図である。第２実施例のクロスモノポールアンテナ１０Ｄは、第１実施例のクロスモノポールアンテナ１０Ｃと同様に第１と第２のモノポールアンテナ１１，１２を備えている。第２実施例でも、第１と第２のモノポールアンテナ１１，１２は、その軸線ＡＸ１，ＡＸ２が直交するように配置されるが、第１実施例との相違点は、第１と第２のモノポールアンテナ１１，１２のアンテナ素子の給電点が近接するように第１と第２のモノポールアンテナ１１，１２が配置される点である。

この場合、第１と第２のモノポールアンテナ１１，１２は、図１０（ｂ）に示すようにそのアンテナ素子が透明フィルム１４の一方の面上に形成され、透明フィルム１４の他方の面にアースパターン６０が形成されている。アースパターン６０の形状は、図１０（ａ）に示すようにアンテナ素子側が凸であり、アースパターン６０の先端部６７が直角に形成されている。そして、このアースパターン６０の先端部６７が、アンテナ素子の給電点近傍に位置するようになっている。第１と第２のモノポールアンテナ１１，１２の全長は第１実施例と同じで良く、３８ｍｍである。

また、第２実施例では、第１のモノポールアンテナ１１が平衡線を介さずに直接移相器６に接続されており、移相器６の出力が合成器７に入力されるようになっている。また、第２のモノポールアンテナ１２は導電線を介して合成器７に接続されている。合成器７の出力はアンプ８で増幅されてＧＰＳレシーバに入力される。このように、第２実施例ではクロスモノポールアンテナ１０Ｄの給電点がすぐに不平衡になっている。

なお、図１０（ｂ）でも第１と第２のモノポールアンテナ１１，１２の線厚、及び移相器６，合成器７，及びアンプ８の高さは、実際の寸法よりも大きく描かれている。また、図１０（ａ），（ｂ）の実施例では、移相器６，合成器７，及びアンプ８が透明フィルム１４の上に設置されているが、移相器６，合成器７，及びアンプ８は前述の実施例と同様に、コネクタ２７に内蔵させても良いものである。

なお、アースパターン６０の形状は図１０（ａ）の形状に限定されるものではなく、アンテナ素子側が凸であり、第１と第２のモノポールアンテナ１１，１２の給電点よりアンテナ素子側の裏面にアースパターンがなければ良い。例えば、図１１（ａ）は第２の実施例に係るクロスダイポールアンテナ１０Ｄのアースパターン６０の別の形態を示すものである。この形態のアースパターン６０は、本体部６８と本体部６８からアンテナ素子側に突出する突出部６９とから構成されている。そして、突出部６９の形状は直角三角形状であり、その先端部６７が第１と第２のモノポールアンテナ１１，１２の給電点に重なるようになっている。この場合も、突出部６９の形状は直角三角形でなくても良く、先端部６７の角度は鈍角でも鋭角でも良い。更に、アースパターン６０の形状は図１０（ｂ）に示す更に別の形態のように、アンテナ素子側が凸な放物線や楕円の一部でも良い。

図１２は、図１１（ａ）のクロスダイポールアンテナ１０Ｄを使用した本発明の第２の実施例の薄型アンテナ２０の構成を示すものであり、第１の実施例の薄型アンテナ１０と同じ方向から見たものである。第２の実施例の薄型アンテナ２０が、図１に示した第１の実施例の薄型アンテナ１０と異なる点は、クロスモノポールアンテナ１０Ｄが配置された透明フィルムの舌片部１４Ａが自由端側に延長され、その延長部分に図８（ａ）で説明した補助導体９が設けられている点のみである。この補助導体９は、クロスモノポールアンテナ１０Ｄの先端側に、前述の如く第１と第２のモノポールアンテナ１１、１２の軸線の交差角を２等分する線に垂直な方向に配置すれば良い。補助導体９の長さは、前述のようにクロスモノポールアンテナ１０Ｄが受信する電波の指向性に合わせて決めれば良い。この補助導体９は複数本配置しても良く、また、薄型アンテナ２０に設置されたＴＶアンテナ１３の一部１３Ａを、補助導体として兼用させても良いものである。

図１３は本発明の第３の実施例に係る薄型アンテナ３０の構成を示すものであり、薄型アンテナ３０を電波の到来方向の逆方向から見た図である。第３の実施例の薄型アンテナ３０が、図１に示した第１の実施例の薄型アンテナ１０と異なる点は、クロスモノポールアンテナ１０Ｃが配置された透明フィルムの舌片部１４Ａが横方向に延長され、その延長部分にもクロスモノポールアンテナ１０Ｅが設けられている点のみである。従って、第１実施例の薄型アンテナ１０と同じ部分には同じ符号を付してその説明を省略する。

クロスモノポールアンテナ１０Ｅは、クロスモノポールアンテナ１０Ｃと同じ構成であり、２つのモノポールアンテナ１１Ｅ，１２Ｅと、これらに平衡線６５Ｅ，６６Ｅを介して接続する給電端子１６Ｅ，１７Ｅがある。３３Ｅはアースパターン６０の対向部分に設けられた接続端子である。クロスモノポールアンテナ１０Ｅは２つのモノポールアンテナ１１Ｅ，１２Ｅの全長がクロスモノポールアンテナ１０Ｃのモノポールアンテナ１１，１２の全長に対して短い。よって、クロスモノポールアンテナ１０Ｅは、より高い周波数の円偏波を受信することができる。

なお、第３の実施例の薄型アンテナ３０では、透明フィルムの舌片部１４Ａが横長になっており、第１の実施例の薄型アンテナ１０ではＴＶアンテナ１３が配置されていた位置に、クロスモノポールアンテナ１０Ｅの給電端子１６Ｅ，１７Ｅ，及び接続端子３３Ｅが設けられている。このため、この実施例では、透明フィルム１４の右側の部分が延長されて延長部１４Ｂが形成されており、ＴＶアンテナ１３はこの延長部１４Ｂで折り返されてＴＶの受信周波数の波長分の長さを確保している。このように、本発明の薄型アンテナ３０には、透明フィルム１４の上に、複数個のクロスモノポールアンテナ１０Ｃ，１０ＥとＴＶアンテナ１３を搭載することができる。この結果、複数種類の電波用のアンテナ搭載スペースが削減され、ケーブルを統合することができるので、アンテナの車両への搭載性、取付性を向上させ、アンテナの設置コストを低減することができる。

更に、前述の実施例では、薄型アンテナ１０，２０，３０は、クロスモノポールアンテナ１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅを透明フィルム１４の上に形成し、自動車のフロントガラス１の裏面側に貼付するものを説明したが、クロスモノポールアンテナ１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅは、通常のプリント基板上や、樹脂ケースの表面のような不透明な誘電体の上に形成することができる。このような形態は、通信機能を有する家庭用機器で、通信波として円偏波を用いるもの、例えば、パーソナルコンピュータとその周辺機器との間の無線接続が円偏波によるもの、に有効に適用することができる。

以上説明した実施例では、本発明に係る薄型アンテナ１０，２０，３０の受信について説明したが、電波を前述の薄型アンテナ１０，２０，３０から送信についても全く同様である。

以上説明したように、本発明によれば、給電構造が簡単で、円偏波を送受信することができる薄型アンテナが提供される。また、薄型の誘電体に各種のアンテナを設置することができる上に、車両の誘電体に設置することもできるため、車両デザインを損なう虞がなく、アンテナが損傷したり、盗難被害に合う等の虞がないという効果がある。更に、薄型の誘電体を透明フィルムとすることにより、運転者の視界を遮る虞がないという効果もある。更にまた、車両に搭載する必要のあるその他のアンテナをできるだけ多くこの薄型アンテナに組み込むことにより、複数種類の電波用のアンテナ搭載スペースが削減され、ケーブルを統合することができるので、アンテナの車両への搭載性、取付性が向上し、アンテナの設置コストが低減される。

本発明の第１の実施例の薄型アンテナの構成を示す平面図及びこれに接続するケーブルを説明する図である。 （ａ）は本発明の薄型アンテナと共に使用する薄型のテレビアンテナの構成を示す平面図、（ｂ）は図１の薄型アンテナと（ａ）の薄型テレビアンテナを自動車のフロントガラスに設置した場合の、受信機との接続を示す自動車の車室内前方の斜視図である。 図２（ｂ）に示した薄型アンテナと薄型テレビアンテナ及び受信機との接続を示す回路図である。 （ａ）は図１に示したクロスモノポールアンテナと、移相器、合成器とアンプを内蔵するコネクタを先端に取り付けたケーブルとの接続を説明する図、（ｂ）は（ａ）に示したアンプの内部の回路構成の一例を示す回路図である。 （ａ）は図１に示した第１の実施例に使用するクロスモノポールアンテナとこれに接続する平衡回路の構成を示す構成図、（ｂ）は（ａ）のＡ‐Ａ線における断面図である。 （ａ）は本発明のクロスモノポールアンテナに接続する平衡線の別の実施例を示す部分図、（ｂ）は本発明のクロスモノポールアンテナに接続する平衡線の更に別の実施例を示す部分図である。 （ａ）は右旋回円偏波を送受信するために本発明のクロスモノポールアンテナに接続する移相器の一例を示す構成図、（ｂ）は右旋回円偏波と左旋回円偏波とを切り換えて送受信する場合に、本発明のクロスモノポールアンテナに接続する移相器の一例を示す構成図である。 （ａ）はクロスモノポールアンテナの送受信電波の波長の１／２以上の長さの補助導体を、クロスモノポールアンテナの近傍に設置した実施例を示す図、（ｂ）はクロスモノポールアンテナの送受信電波の波長の１／２未満の長さの補助導体を、クロスモノポールアンテナの近傍に設置した実施例を示す図である。 （ａ）は図８（ａ）に示すクロスモノポールアンテナの送受信の指向性を説明する図、（ｂ）は図８（ｂ）に示すクロスモノポールアンテナの送受信の指向性を説明する図である。 （ａ）は本発明の第２実施例に係るクロスモノポールアンテナの構成を示す構成図、（ｂ）は（ａ）のＢ‐Ｂ線における断面図である。 （ａ）は第２の実施例に係るクロスダイポールアンテナのアースパターンの別の形態を示す図、（ｃ）は第２の実施例に係るクロスダイポールアンテナのアースパターンの更に別の形態を示す図である。 図１１（ａ）のクロスダイポールアンテナを使用した本発明の第２の実施例の薄型アンテナの平面図である。 本発明の第３の実施例の薄型アンテナの構成を示す平面図である。

符号の説明

１…フロントガラス
２，３，４，５…ケーブル
６…移相器
７…合成器
８…アンプ
９…補助導体
１０…第１の実施例の薄型アンテナ
１１…モノポールアンテナ
１２…モノポールアンテナ
１３…ＴＶアンテナ
１４…透明フィルム
１４Ａ…舌片部
１４Ｂ…延長部
１６，１７…給電端子
１８…アンテナ接続端子
２０…第２の実施例の薄型アンテナ
２７，３１…コネクタ
３０…第３の実施例の薄型アンテナ
４０…セレクタ／アンプ
５０…薄型のテレビアンテナ
６０…アースパターン
６１〜６４…導体線
６５，６６…平衡線
８０…受信機

Claims (18)

1. 第１と第２の２つのモノポールアンテナを有する薄型アンテナであって、前記第１と第２のモノポールアンテナのアンテナ素子の軸線を略直交させて配置すると共に、前記アンテナ素子を合成器又は分配器に接続し、更に、一方の前記アンテナ素子と前記合成器又は分配器との間には、前記第1と第２のアンテナによって受信又は送信される電波の位相を合わせるための移相器を配置したことを特徴とする薄型アンテナ。
2. 請求項１に記載の薄型アンテナであって、前記第１と第２のモノポールアンテナの給電側には、２本の導体線から構成される平衡線をそれぞれ接続したことを特徴とする薄型アンテナ。
3. 請求項２に記載の薄型アンテナであって、前記２本の導体線のうちの１本は、一端を前記アンテナ素子、他端を前記移相器又は合成器の何れか一方に接続し、他の１本は、一端をアースパターンに接続したことを特徴とする薄型アンテナ。
4. 請求項２又は３に記載の薄型アンテナであって、前記モノポールアンテナのアンテナ素子及び前記平衡線をシート状の誘電体の上に構成したことを特徴とする薄型アンテナ。
5. 請求項４に記載の薄型アンテナであって、前記モノポールアンテナのアンテナ素子の長さを送受信周波数の１／４から１／３の長さとし、前記平衡線の長さを前記送受信周波数の１／８から１／４とし、前記第１と第２のモノポールアンテナにそれぞれ接続される平衡線の間隔を前記送受信周波数の１／８から１／４としたことを特徴とする薄型アンテナ。
6. 請求項４又は５に記載の薄型アンテナであって、前記アンテナ素子を前記誘電体の一方の面に配置し、前記誘電体の他方の面にはアースパターンを配置したことを特徴とする薄型アンテナ。
7. 請求項６に記載の薄型アンテナであって、前記平衡線のうちの１本を前記アンテナ素子と同じ面に形成し、他の１本を前記誘電体の他方の面に形成したことを特徴とする薄型アンテナ。
8. 請求項６又は７に記載の薄型アンテナであって、前記アースパターンを前記アンテナ素子に重ならないように配置したことを特徴とする薄型アンテナ。
9. 請求項１に記載の薄型アンテナであって、前記第１と第２のモノポールアンテナのアンテナ素子の給電点が近接するように前記アンテナ素子を配置し、不平衡線で給電するようにしたことを特徴とする薄型アンテナ。
10. 請求項９に記載の薄型アンテナであって、前記第１と第２のモノポールアンテナのアンテナ素子をシート状の誘電体の一方の面上に形成し、前記誘電体の他方の面には、前記アンテナ素子の給電点近傍に端部が位置するように、前記アンテナ素子側が凸の形状のアースパターンを配置したことを特徴とする薄型アンテナ。
11. 請求項１０記載の薄型アンテナであって、前記アースパターンの端部を略直角に形成したことを特徴とする薄型アンテナ。
12. 請求項１から１１の何れか１項に記載の薄型アンテナであって、前記第１と第２のモノポールアンテナの先端部近傍に、モノポールアンテナのアンテナ素子と電気的に接続しない線状導体を、導波器又は反射器として機能するように配置したことを特徴とする薄型アンテナ。
13. 請求項１２に記載の薄型アンテナであって、前記第１と第２のモノポールアンテナのアンテナ素子をある直線に対して線対称に配置し、前記線状導体を、この直線に直交するように配置したことを特徴とする薄型アンテナ。
14. 請求項１２又は１３に記載の薄型アンテナであって、前記線状導体を前記導波器として機能させるように、前記線状導体の長さを、前記モノポールアンテナが送受信する電波の波長の１／２より短い長さとしたことを特徴とする薄型アンテナ。
15. 請求項１２又は１３に記載の薄型アンテナであって、前記線状導体を前記反射器として機能させるように、前記線状導体の長さを、前記モノポールアンテナが送受信する電波の波長の１／２以上としたことを特徴とする薄型アンテナ。
16. 請求項１２に記載の薄型アンテナであって、前記線状導体として、前記モノポールアンテナと同じ面に形成された他のアンテナの一部を利用したことを特徴とする薄型アンテナ。
17. 請求項４に記載の薄型アンテナであって、前記シート状の誘電体を透明な絶縁体フィルムで構成し、このフィルムを自動車のガラス又は絶縁体で構成された外装部材に設置したことを特徴とする薄型アンテナ。
18. 請求項４に記載の薄型アンテナであって、前記アンテナ素子及び前記平衡線を、自動車のガラス、又は絶縁体で構成された外装部材の表面又は内部に設置したことを特徴とする薄型アンテナ。

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