JP2005236656A - Circular polarization antenna - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は円偏波用アンテナに関し、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、小型で軽量の円偏波用アンテナに関する。 The present invention relates to a circularly polarized antenna, and particularly to a mobile body such as an automobile, which is attached to the mobile body without impairing the design of the mobile body, and receives, transmits, or transmits / receives radio waves including circularly polarized waves. The present invention relates to a small and lightweight circularly polarized antenna that can be used.
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。 2. Description of the Related Art Conventionally, an antenna that enables reception of radio waves while moving is mounted on a vehicle (moving body) such as an automobile. In general, radio waves received by vehicles have been mainly AM radio wave (MW), FM radio and TV ultra-high frequency (VHF) and ultra-high frequency (UHF) for many years.
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。 However, in recent years, in addition to antennas that receive these radio waves, high-frequency GPS (Global Positioning System) antennas, or satellite radio waves for satellite digital broadcasting and their re-radiated waves (gap filler) An antenna that receives a radio wave) and an antenna that transmits and receives radio waves for a telephone such as a car phone or a cellular phone are becoming necessary for vehicles. Furthermore, as part of ITS (Intelligent Transport System), ETC (Automatic Tollgate System) that automatically collects tolls for highways and toll roads, and VICS (Road Traffic Information Communication System) that provides road traffic information Antennas that transmit and receive radio waves are also required for radio wave beacons. Therefore, recent vehicles have to be equipped with antennas for receiving or transmitting many types of radio waves.
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、従来の円偏波用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)。 Among such radio waves to be transmitted and received by the mobile body, circularly polarized waves are used for GPS radio waves, satellite digital broadcast satellite radio waves, or ETC radio waves. Many patch antennas have been used as conventional circularly polarized antennas. As this patch antenna, a configuration is often adopted in which a planar ground conductor is installed on one surface of a dielectric substrate such as ceramic and a radiation conductor is installed on the other surface. As this type of patch antenna, a low-profile type patch antenna that has been used by being installed on the roof of a moving body such as an automobile has already been proposed (for example, see Patent Document 1).
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。
However, since the patch antenna disclosed in
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用アンテナとして、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用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。 For such problems, circularly polarized antennas composed of linear conductors, such as helical antennas and crossed dipole antennas, have been proposed as circularly polarized antennas that do not impair forward visibility. However, this proposed antenna needs to have high antenna characteristics, and the antenna pattern must be precisely placed on both sides of the dielectric, such as a dielectric film, where the antenna is installed. However, there is a problem that the transparency of the film is lowered or the manufacturing cost is increased to increase the cost.
このような問題点に対して、本発明者らは円偏波受信用の薄型のループアンテナを既に提案したが、この円偏波ループアンテナは実質的な面積が大きくなっていた。 In response to such problems, the present inventors have already proposed a thin loop antenna for circularly polarized wave reception, but this circularly polarized loop antenna has a substantial area.
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アンテナ面積の小さい円偏波用アンテナを提供することを目的としている。 Therefore, the present invention enables the antenna to be thinned and mounted inside the vehicle, eliminates the possibility of impairing the design of the vehicle, prevents the antenna from obstructing the field of view, has a simple structure, and is mainly circularly polarized. It is an object of the present invention to provide a circularly polarized antenna with a small antenna area that can transmit and receive the signal.
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16の形態をとることができる。 The thin antenna of the present invention that achieves the above object can take the following first to sixteenth forms.
第1の形態は、給電点と開放端とを有するモノポールアンテナと、このモノポールアンテナのアンテナ軸に対して垂直方向の長さ成分を備え、モノポールアンテナと電気的に接続しない線状導体である無給電素子とから構成され、無給電素子は、モノポールアンテナに対して電力の受け渡しが可能な電力受渡し部を備えて、モノポールアンテナの開放端の近傍に配置されていることを特徴とする円偏波用アンテナである。 The first embodiment includes a monopole antenna having a feeding point and an open end, and a linear conductor that has a length component in a direction perpendicular to the antenna axis of the monopole antenna and is not electrically connected to the monopole antenna. The parasitic element includes a power delivery unit capable of delivering power to the monopole antenna, and is disposed near the open end of the monopole antenna. It is an antenna for circular polarization.
第2の形態は、第1の形態の円偏波用アンテナにおいて、モノポールアンテナのアンテナ軸線と無給電素子の軸線を直交する方向に配置した円偏波用アンテナである。 The second form is a circularly polarized wave antenna in which the antenna axis of the monopole antenna and the axis of the parasitic element are arranged in a direction orthogonal to each other in the circularly polarized wave antenna of the first form.
第3の形態は、第1又は第2の形態の円偏波用アンテナにおいて、電力受渡し部を、モノポールアンテナの開放端に隣接させて略平行に配置した無給電素子の一方の端部としたことを特徴とする円偏波用アンテナである。 A third mode is the circularly polarized antenna according to the first or second mode, wherein one end of a parasitic element in which the power delivery unit is disposed substantially parallel to the open end of the monopole antenna; This is a circularly polarized antenna.
第4の形態は、第3の形態の円偏波用アンテナにおいて、モノポールアンテナの開放端から所定の長さの部分と、無給電素子の一端から所定長さの部分の、少なくとも一方を折り曲げ、この折り曲げ部を電力受渡し部として形成した円偏波用アンテナである。 In the fourth embodiment, in the circularly polarized antenna according to the third embodiment, at least one of a portion having a predetermined length from the open end of the monopole antenna and a portion having a predetermined length from one end of the parasitic element is bent. This is a circularly polarized antenna in which this bent portion is formed as a power delivery portion.
第5の形態は、第1から第4の形態の何れかの形態の円偏波用アンテナにおいて、無給電素子の長さを円偏波用アンテナの送受信周波数の電波の波長の1/2波長以上の長さとしたことを特徴とする円偏波用アンテナである。 The fifth mode is the circularly polarized antenna according to any one of the first to fourth modes, wherein the length of the parasitic element is set to ½ wavelength of the radio wave of the transmission / reception frequency of the circularly polarized antenna. This is a circularly polarized antenna having the above length.
第6の形態は、第1から第4の何れかの形態の円偏波用アンテナにおいて、無給電素子の長さを円偏波用アンテナの送受信周波数の電波の波長の1/2波長の整数倍の長さとしたことを特徴とする円偏波用アンテナである。 In the sixth aspect, in the circularly polarized antenna according to any one of the first to fourth aspects, the length of the parasitic element is an integer of a half wavelength of the radio wave wavelength of the transmission / reception frequency of the circularly polarized antenna. It is a circularly polarized antenna characterized by having a double length.
第7の形態は、第1から第6の形態の何れかの形態の円偏波用アンテナにおいて、モノポールアンテナと無給電素子を同じ平面の上に配置したことを特徴とする円偏波用アンテナである。 A seventh aspect is a circularly polarized wave antenna according to any one of the first to sixth aspects, wherein the monopole antenna and the parasitic element are arranged on the same plane. It is an antenna.
第8の形態は、第7の形態の円偏波用アンテナにおいて、モノポールアンテナのアンテナ素子及び無給電素子を柔軟なシート状の誘電体の上に構成したことを特徴とする円偏波用アンテナである。 An eighth aspect is the circularly polarized wave antenna according to the seventh aspect, wherein the antenna element and parasitic element of the monopole antenna are configured on a flexible sheet-like dielectric. It is an antenna.
第9の形態は、第8の形態の円偏波用アンテナにおいて、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ことを特徴とする円偏波用アンテナである。 The ninth form is a circularly polarized antenna according to the eighth form, wherein the sheet-like dielectric is made of a transparent insulator film, and this film is installed on an exterior member made of automobile glass or insulator. This is a circularly polarized antenna.
第10の形態は、第8の形態の円偏波用アンテナにおいて、モノポールアンテナ及び第1の無給電素子を、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円偏波用アンテナである。 In a tenth aspect, in the circularly polarized antenna according to the eighth aspect, the monopole antenna and the first parasitic element are installed on the surface or inside of an exterior member made of glass of an automobile or an insulator. This is a circularly polarized antenna.
第11の形態は、第1から第10の形態の円偏波用アンテナにおいて、モノポールアンテナ及び無給電素子の少なくとも一方の近傍に、両者に電気的に接続しない線状導体からなる第2の無給電素子を、導波器又は反射器として機能するように設けたことを特徴とする円偏波用アンテナである。 The eleventh aspect is the circularly polarized antenna according to any one of the first to tenth aspects, wherein the second antenna comprises a linear conductor that is not electrically connected to at least one of the monopole antenna and the parasitic element. A circularly polarized wave antenna characterized in that a parasitic element is provided so as to function as a director or a reflector.
第12の形態は、第11の形態の円偏波用アンテナにおいて、第2の無給電素子を、その略中心位置でこれに直交する仮想線が、モノポールアンテナと無給電素子とから構成される円偏波用アンテナの略中心を通過するように設けたことを特徴とする円偏波用アンテナである。 In a twelfth aspect, in the circularly polarized antenna according to the eleventh aspect, the second parasitic element is configured by a monopole antenna and a parasitic element, and a virtual line orthogonal to the second parasitic element at a substantially central position thereof. The circularly polarized antenna is provided so as to pass through substantially the center of the circularly polarized antenna.
第13の形態は、第11又は12の形態の円偏波用アンテナにおいて、第2の無給電素子が反射器として機能するように、第2の無給電素子の長さを、モノポールアンテナと無給電素子とから構成される円偏波用アンテナの送受信周波数の電波の波長の1/2より長くしたことを特徴とする薄型アンテナである。 In a thirteenth embodiment, in the circularly polarized antenna of the eleventh or twelfth embodiment, the length of the second parasitic element is set to a monopole antenna so that the second parasitic element functions as a reflector. It is a thin antenna characterized in that it is longer than half the wavelength of the radio wave of the transmission / reception frequency of a circularly polarized antenna composed of a parasitic element.
第14の形態は、第11又は12の形態の円偏波用アンテナにおいて、第2の無給電素子が導波器として機能するように、第2の無給電素子の長さを、モノポールアンテナと無給電素子とから構成される円偏波用アンテナの送受信周波数の電波の波長の1/2より短くしたことを特徴とする薄型アンテナである。 In the fourteenth embodiment, in the circularly polarized antenna according to the eleventh or twelfth embodiment, the length of the second parasitic element is set to a monopole antenna so that the second parasitic element functions as a director. A thin antenna characterized in that it is shorter than half the wavelength of a radio wave of a transmission / reception frequency of a circularly polarized antenna composed of a parasitic element.
第15の形態は、第11から14の何れかの円偏波用アンテナにおいて、第2の無給電素子を他のアンテナの一部としたことを特徴とする円偏波用アンテナである。 A fifteenth aspect is a circularly polarized antenna according to any one of the eleventh to fourteenth antennas, wherein the second parasitic element is a part of another antenna.
第16の形態は、第15の形態の円偏波用アンテナにおいて、他のアンテナを、モノポールアンテナと同じ面に形成されたテレビ電波受信用のアンテナの一部としたことを特徴とする円偏波用アンテナである。 A sixteenth aspect is a circularly polarized antenna according to the fifteenth aspect, wherein the other antenna is a part of an antenna for receiving a radio wave on the same plane as the monopole antenna. This is a polarization antenna.
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小型の円偏波用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の上に形成することにより運転者の視界を遮る虞がない。 According to the present invention, there is provided a small circularly polarized wave antenna having a simple feeding structure and capable of receiving circularly polarized waves. In addition, various antennas can be installed on thin dielectrics, and can also be installed on vehicle dielectrics, so there is no risk of damaging the vehicle design, and the antennas are damaged or stolen. There is no fear of it. Furthermore, there is no possibility of obstructing the driver's view by forming a thin dielectric on the transparent film.
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。 Embodiments according to the present invention will be described below in detail based on specific examples with reference to the accompanying drawings. In general, an antenna can perform both transmission and reception of radio waves. However, in the following embodiment, only the case where the antenna receives radio waves will be described for the sake of simplicity. Description of the case of transmitting radio waves is omitted.
図1(a)は左旋円偏波を受信するための本発明の一実施例の円偏波用アンテナ1Lの基本構成を示すものである。この実施例の円偏波用アンテナ1Lは、モノポールアンテナ2、アース板3、及び無給電導体4とから構成されている。モノポールアンテナ2の給電点は同軸ケーブル24の芯線25に接続されており、アース板3は同軸ケーブル24のアース線27に接続されている。無給電導体4はモノポールアンテナ2に電気的には接続されておらず、モノポールアンテナ2の先端部の近傍に、モノポールアンテナ2に直交する方向に配置されている。
FIG. 1A shows a basic configuration of a circularly polarized
この実施例では、モノポールアンテナ2の開放端である先端部2Aが斜めに折り曲げられており、無給電導体4の一端部4Aも斜めに折り曲げられていて、両者は近接して平行に配置されている。即ち、無給電導体4の一端部4Aとモノポールアンテナ2の先端部2Aとは電力受渡し部を形成しており、無給電導体4がモノポールアンテナ2に対して電力の受渡しができるようになっている。電流受渡し部を斜めに形成すると、電流ロスが少なくなる。この実施例における無給電導体4の長さ(一端部4Aの部分も含む)Dは、円偏波用アンテナ1Lの受信周波数の電波の波長の1/2波長以上の長さ、或いは、1/2波長の整数倍の長さとなっている。
In this embodiment, the
図1(b)は右旋円偏波を受信するための本発明の一実施例の右旋円偏波用アンテナ1Rの基本構成を示すものである。この実施例の右旋円偏波用アンテナ1Rは、左旋円偏波用アンテナ1Lと同様に、モノポールアンテナ2、アース板3、及び無給電導体4とから構成されている。モノポールアンテナ2の給電点が同軸ケーブル24の芯線25に接続されており、アース板3は同軸ケーブル24のアース線27に接続されていることも同様である。また、無給電導体4は、左旋円偏波用アンテナ1Lではモノポールアンテナ2に対して図の右側に配置されていたが、右旋円偏波用アンテナ1Rではモノポールアンテナ2に対して図の左側に配置されている。
FIG. 1B shows a basic configuration of a right-hand circularly
この実施例でも、モノポールアンテナ2の開放端である先端部2Aが斜めに折り曲げられ、無給電導体4の一端部4Aも斜めに折り曲げられていて、両者は近接して平行に配置されている。即ち、右旋円偏波用アンテナ1Rでも無給電導体4の一端部4Aとモノポールアンテナ2の先端部2Aとは電力受渡し部を形成している。右旋円偏波用アンテナ1Rにおける無給電導体4の長さ(一端部4Aの部分も含む)は左旋円偏波用アンテナ1Lと同様で良く、右旋円偏波用アンテナ1Rの受信周波数の電波の波長の1/2波長以上の長さ、或いは、1/2波長の整数倍の長さとなっている。
Also in this embodiment, the
図2(a)は、誘電体フィルム8上に形成した左旋円偏波を受信するための本発明の左旋円偏波用アンテナ10Lの実施例の基本構成を示すものである。この実施例の左旋円偏波用アンテナ10Lは、誘電体フィルム8の上に、パターンによりモノポールアンテナ5、アースパターン6、及び無給電素子7が形成されて構成されている。モノポールアンテナ5の給電点は同軸ケーブル24の芯線25に接続されており、アースパターン6は同軸ケーブル24のアース線27に接続されている。無給電素子7はモノポールアンテナ5に電気的には接続されておらず、モノポールアンテナ5の開放端である先端部の近傍に、モノポールアンテナ5に直交する方向に形成されている。
FIG. 2A shows a basic configuration of an embodiment of the left-handed circularly polarized
この実施例では、モノポールアンテナ5のパターンの先端部5Aが斜めに折り曲げられて形成されており、無給電素子7のパターンの一端部7Aも斜めに折り曲げられていて、両者は近接して平行に配置されている。即ち、無給電素子7の一端部7Aとモノポールアンテナ5の先端部5Aとは電力受渡し部を形成しており、無給電素子7がモノポールアンテナ5に対して電力の受渡しができるようになっている。この実施例における無給電素子7の長さ(一端部7Aの部分も含む)Dは、左旋円偏波用アンテナ10Lの受信周波数の電波の波長の1/2波長以上の長さ、或いは、1/2波長の整数倍の長さとなっている。
In this embodiment, the
図2(b)は、誘電体フィルム8上に形成した右旋円偏波を受信するための本発明の左旋円偏波用アンテナ10Rの実施例の基本構成を示すものである。この実施例の右旋円偏波用アンテナ10Rは、左旋円偏波用アンテナ10Lと同様に、誘電体フィルム8の上に、パターンによりモノポールアンテナ5、アースパターン6、及び無給電素子7が形成されて構成されている。モノポールアンテナ5の給電点は同軸ケーブル24の芯線25に接続されており、アースパターン6は同軸ケーブル24のアース線27に接続されていることも同様である。また、無給電素子7は、左旋円偏波用アンテナ10Lではモノポールアンテナ5に対して図の右側に配置されていたが、右旋円偏波用アンテナ10Rではモノポールアンテナ5に対して図の左側に配置されている。
FIG. 2B shows a basic configuration of an embodiment of the left-hand circularly
この実施例でも、モノポールアンテナ5の開放端である先端部5Aが斜めに折り曲げられ、無給電素子7の一端部7Aも斜めに折り曲げられていて、両者は近接して平行に配置されている。即ち、右旋円偏波用アンテナ10Rでも無給電素子7の一端部7Aとモノポールアンテナ5の先端部5Aとは電力受渡し部を形成している。右旋円偏波用アンテナ10Rにおける無給電素子7の長さ(一端部7Aの部分も含む)は左旋円偏波用アンテナ10Lと同様で良く、右旋円偏波用アンテナ10Rの受信周波数の電波の波長の1/2波長以上の長さ、或いは、1/2波長の整数倍の長さとなっている。
Also in this embodiment, the
以後は、この誘電体フィルム8上に形成した本発明の円偏波用アンテナの変形実施例を、特に、左旋円偏波を受信するための実施例を中心にして説明する。
Hereinafter, a modified embodiment of the circularly polarized antenna of the present invention formed on the
図3(a)から(h)は図2で説明した本発明の左旋円偏波用アンテナ10Lの電力受渡し部の色々な形状の実施例を示す説明図である。これらの図における丸印は給電端子を示している。(a)はモノポールアンテナ5の開放端である先端部5Aが折り曲げられておらず、無給電素子7の一端部7Aが直角に折り曲げられてこの先端部5Aの左側に近接している実施例である。(b)はモノポールアンテナ5の先端部5Aが折り曲げられておらず、無給電素子7の一端部7Aが直角に折り曲げられてこの先端部5Aの右側に近接している実施例である。(c)はモノポールアンテナ5の先端部5Aが直角に右側に折り曲げられており、無給電素子7の一端部7Aは折り曲げられておらず、この先端部5Aの上側に近接している実施例である。(d)はモノポールアンテナ5の先端部5Aが直角に右側に折り曲げられており、無給電素子7の一端部7Aは折り曲げられておらず、この先端部5Aの下側に近接している実施例である。(e)はモノポールアンテナ5の先端部5Aが右下側に斜めに折り曲げられており、無給電素子7の一端部7Aも右下側に曲げられていて両者が平行に配置されている実施例である。(f)はモノポールアンテナ5の先端部5Aが左上側に斜めに折り曲げられており、無給電素子7の一端部7Aは右下側に曲げられていて両者が平行に配置されている実施例である。(g)はモノポールアンテナ5の先端部5Aが右上側に湾曲して曲げられており、無給電素子7の一端部7Aは左下側に湾曲して曲げられていてこの先端部5Aの外側に平行に配置されている実施例である。(h)はモノポールアンテナ5の先端部5Aが右上側に湾曲して曲げられており、無給電素子7の一端部7Aは左下側に湾曲して曲げられていてこの先端部5Aの内側に平行に配置されている実施例である。
FIGS. 3A to 3H are explanatory views showing various shapes of embodiments of the power delivery unit of the left-handed circularly polarized
図4(a)は本発明の円偏波用アンテナ10の変形例の構成を示すものである。前述の実施例では、無給電素子7はモノポールアンテナ5に対して直交する方向に配置されていた。しかしながら、本発明における無給電素子7は、モノポールアンテナ5に対して直交する成分があれば良く、必ずしも、モノポールアンテナ5に対して直交する方向に配置されている必要はない。
FIG. 4A shows a configuration of a modified example of the circularly polarized
即ち、図4(a)に示す実施例では、モノポールアンテナ5の先端部5Aが右上方向に折れ曲げられて形成されており、一端部7Aと本体部とが一直線状の無給電素子7は、この先端部5Aに対して平行に形成されている。この場合、無給電素子7がモノポールアンテナ5に対して斜めになっていても、無給電素子7にはモノポールアンテナ5の軸線CLに対して直交する方向に二点鎖線で示すアンテナ成分7V(軸線VL)があるので、この構成の円偏波用アンテナ10は円偏波(左旋円偏波)を受信することができる。
That is, in the embodiment shown in FIG. 4A, the
図4(b)は本発明の円偏波用アンテナ10の別の変形例の構成を示すものである。前述の実施例では、モノポールアンテナ5及び無給電素子7は直線状であった。しかしながら、この実施例のモノポールアンテナ5及び無給電素子7は、軸線CLとこれに直交する軸線VLに対して湾曲している。ところが、この実施例の円偏波用アンテナ10は、モノポールアンテナ5に軸線CL方向の成分があり、無給電素子7に軸線CLに直交する方向の軸線VLの成分があるので、この構成の円偏波用アンテナ10は円偏波(左旋円偏波)を受信することができる。このように、本発明の円偏波用アンテナ10に使用するモノポールアンテナ5及び無給電素子7は、必ずしも直線状でなくても良い。
FIG. 4B shows the configuration of another modification of the circularly polarized
図5(a)は本発明の円偏波用アンテナの、モノポールアンテナ5と無給電素子7の部分の別の変形例の構成を示すものであり、(b)は(a)の要部の断面を示している。これまでに説明した実施例では、モノポールアンテナ5及び無給電素子7は同一平面上にあったが、この実施例では、モノポールアンテナ5が誘電体フィルム8の表側に形成され、無給電素子7が誘電体フィルム8の裏側に形成されている。モノポールアンテナ5及び無給電素子7を同一平面上に形成する場合は、図3(c)又は(d)に示したように、モノポールアンテナ5の先端部5Aと無給電素子7の一端部7Aを平行に配置する必要があった。一方、この実施例では、折り曲げられたモノポールアンテナ5の先端部5Aの直下の裏面に無給電素子7の一端部7Aが配置されて電力受渡し部が形成されている。このように、モノポールアンテナ5及び無給電素子7は同一平面上になくとも良い。
FIG. 5A shows the configuration of another modification of the
図6(a)は図2(a)の左旋円偏波用アンテナ10Lの変形例の構成を示すものであり、図6(b)は図2(b)の右旋円偏波用アンテナ10Rの変形例の構成を示すものである。よって、同じ構成部材には同じ符号を付してその説明を省略する。これらの変形例では、無給電素子7の、モノポールアンテナ5から遠い側に、モノポールアンテナ5にも無給電素子7にも電気的に接続しない第2の無給電素子9が配置されている。第2の無給電素子9は、無給電素子7に平行に形成されている。この第2の無給電素子9は後に詳述するが、導波器又は反射器として機能するように設けられるものである。
6A shows a configuration of a modified example of the left-handed circularly polarized
図7(a)は本発明の円偏波用アンテナ10に第2の無給電素子9を設ける場合の、円偏波用アンテナ10との位置関係の一例を説明するものである。第2の無給電素子9は、その略中心位置でこれに直交する仮想線IMが、モノポールアンテナ5と無給電素子7とから構成される円偏波用アンテナ10の中心点CPを通過するように設けられている。第2の無給電素子9が円偏波用アンテナ10の中心点CP、或いはその近傍の位置にあると、第2の無給電素子9は導波器又は反射器として有効に機能する。
FIG. 7A illustrates an example of the positional relationship with the circularly polarized
図7(b)は、(a)の構成の円偏波用アンテナ10に、更に別の無給電素子19(以後第3の無給電素子19という)を設けた実施例を示すものである。第3の無給電素子19は、その略中心位置でこれに直交する仮想線KMが、モノポールアンテナ5と無給電素子7とから構成される円偏波用アンテナ10の中心点CPを通過するように設けられている。この第3の無給電素子19が円偏波用アンテナ10の中心点CP、或いはその近傍の位置にあると、第3の無給電素子19は導波器又は反射器として有効に機能する。
FIG. 7B shows an embodiment in which another parasitic element 19 (hereinafter referred to as a third parasitic element 19) is provided in the circularly polarized
図8(a),(b)は、図7(a)に示した第2の無給電素子9の長さを、長くしたり短くしたりした場合の、円偏波用アンテナ10の指向性の変化を説明するものである。まず、図8(a)は、円偏波用アンテナ10の送受信周波数の電波の波長の1/2以上の長さの第2の無給電素子9を、無給電素子7の近傍に設置した場合の円偏波アンテナ10の指向性を示すものである。この場合は、第2の無給電素子9は反射器として機能する。この結果、円偏波用アンテナ10の受信の指向性は、円偏波用アンテナ10の中心点CPに立てた垂直軸Yに対して、第2の無給電素子9の反対側の斜め上方を向いた指向軸Zの方向となる。
8A and 8B show the directivity of the circularly polarized
図8(b)は、円偏波用アンテナ10の送受信周波数の電波の波長の1/2未満の長さの第2の無給電素子9を、無給電素子7の近傍に設置した場合の円偏波アンテナ10の指向性を示すものである。この場合は、第2の無給電素子9は導波器として機能する。この結果、円偏波用アンテナ10の受信の指向性は、円偏波用アンテナ10の中心点CPに立てた垂直軸Yに対して、第2の無給電素子9と同じ側の斜め上方を向いた指向軸Xの方向となる。
FIG. 8B shows a circle when the second
図9(a),(b)は、図7(b)に示した第3の無給電素子19の長さを、長くしたり短くしたりした場合の、円偏波用アンテナ10の指向性の変化を説明するものである。まず、図9(a)は、円偏波用アンテナ10の送受信周波数の電波の波長の1/2以上の長さの第3の無給電素子19を、モノポールアンテナ5の近傍に設置した場合の円偏波アンテナ10の指向性を示すものである。この場合は、第3の無給電素子19は反射器として機能する。この結果、円偏波用アンテナ10の受信の指向性は、円偏波用アンテナ10の中心点CPに立てた垂直軸Yに対して、第3の無給電素子19の反対側の斜め上方を向いた指向軸Pの方向となる。
FIGS. 9A and 9B show the directivity of the circularly polarized
図9(b)は、円偏波用アンテナ10の送受信周波数の電波の波長の1/2未満の長さの第3の無給電素子19を、モノポールアンテナ5の近傍に設置した場合の円偏波アンテナ10の指向性を示すものである。この場合は、第3の無給電素子19は導波器として機能する。この結果、円偏波用アンテナ10の受信の指向性は、円偏波用アンテナ10の中心点CPに立てた垂直軸Yに対して、第3の無給電素子19と同じ側の斜め上方を向いた指向軸Qの方向となる。
FIG. 9B shows a circle in the case where the third
図10は、本発明の円偏波用アンテナ10の具体的な実施例を示すものであり、TVアンテナ13と組み合わせた統合アンテナ20としての例を示すものである。この実施例の統合アンテナ20には、円偏波用アンテナ10に接続するケーブル24と、TVアンテナ13に接続するケーブル33が共に示されている。この実施例の統合アンテナ20は、透明フィルム11の上に、円偏波を送受信するための円偏波用アンテナ10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。この例の円偏波用アンテナ10は、図2(b)で説明した右旋円偏波用アンテナ10Rであり、モノポールアンテナ5と無給電素子7を備える。
FIG. 10 shows a specific example of the circularly polarized
また、図10は、統合アンテナ20を電波の到来方向の逆方向から見たものである。即ち、統合アンテナ20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。車室内側から見た円偏波用アンテナ10は、透明フィルム11の左側の部分に配置されており、右旋円偏波を感度良く受信するようになっている。
FIG. 10 shows the
また、TVアンテナ13は透明フィルム11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、円偏波用アンテナ10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11は切り取られて孔部15となっている。この孔部15は、円偏波用アンテナ10が配置された透明フィルム11Aの部分を囲むように設けられており、円偏波用アンテナ10が配置された透明フィルム11A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11Aと言う。
The
更に、円偏波用アンテナ10を構成するモノポールアンテナ5の給電側の端部は、ランド状に形成されて給電端子16となっている。また、この給電端子16の近傍にはアースパターン6が形成されている。このアースパターン6には、後述するコネクタ21の接続端子23が接続する端子接続部17がある。また、円偏波アンテナ10の無給電素子7の外側に位置するTVアンテナ13の一部が第2の無給電素子として機能する。
Further, the end portion on the power feeding side of the
円偏波用アンテナ10で受信した電波は、コネクタ21とケーブル24を介して所定の受信機、例えば、GPSレシーバに導くことができる。コネクタ21にはモノポールアンテナ5の給電端子16に接続する接続端子22と、アースパターン6の端子接続部17に接続する接続端子23がある。2つの接続端子22,23は、この実施例ではばね性を備えている。コネクタ21の透明フィルム11への接着は、例えば、両面接着テープで行えば良い。図10の透明フィルム11の上に二点鎖線で示す位置がコネクタ21の取付位置である。また、コネクタ21の内部には、後述するアンプを搭載することができる。この場合、接続端子23がアンプのアースに接続する。コネクタ21に接続するケーブル24は同軸ケーブルである。
The radio wave received by the circularly polarized
TVアンテナ13のアンテナ接続端子18にはケーブル33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33と、これに接続するケーブル49によって、図示しないTVチューナに導かれる。ケーブル33の統合アンテナ20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11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33は単芯ケーブルであり、この実施例では同軸ケーブル49の芯線41に接続される。この同軸ケーブル49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49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。
A cable 33 can be connected to the
図11(a)は図10の統合アンテナ20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11(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10で説明したケーブル33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。
FIG. 11A shows the configuration of a
図11(b)は、図10の統合アンテナ20と図11(a)の薄型テレビアンテナ50を自動車のフロントガラス61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12は図11(b)に示した統合アンテナ20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。
FIG. 11B shows the connection of the automobile with the
まず、図12を用いて統合アンテナ20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。統合アンテナ20に設けられた円偏波用アンテナ10は、前述のようにコネクタ21と同軸ケーブル24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21にアンプ26が内蔵されている。円偏波用アンテナ10で受信された電波は、アンプ26で増幅されて出力される。
First, the connection of the
また、統合アンテナ20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と同軸ケーブル49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49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。
The
図11(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、統合アンテナ20と薄型テレビアンテナ50からのケーブル24,49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24、56を通じて受信機80に接続される。そして、統合アンテナ20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61の上部に取り付けた場合でも、統合アンテナ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。
Returning to FIG. 11B, in this embodiment, the
なお、図10に示した統合アンテナ20が形成された透明フィルム11の両面には、円偏波用アンテナ10、TVアンテナ13、51、52と、アースパターン6を保護するための保護膜が設けられる。この統合アンテナ20は、保護膜の上に貼付した両面接着テープにより、図11(b)に示した自動車のフロントガラス61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、統合アンテナ20や薄型テレビアンテナ50を、自動車のフロントガラス61に内蔵させることもできる。
Note that the circularly polarized
図13(a)は、図10で説明した実施例の統合アンテナ20、或いは他の構成の統合アンテナ20の自動車100への取り付け位置の例を示すものである。本発明の統合アンテナ20は、図10に示したように、誘電体フィルム8、特に、透明な誘電体フィルム8に形成される場合には、自動車100のフロントウインドウFWやリヤウインドウRW、或いはサイドウインドウSW等に、その裏面側から貼り付けて設けることができる。また、誘電体フィルム8の代わりに統合アンテナ20が誘電体部材で構成される自動車のボディが使用される場合には、合成樹脂からなるリヤスポイラーSPや、合成樹脂或いはガラスからなるルーフウインドウRFに統合アンテナ20を形成することが可能である。
FIG. 13A shows an example of the mounting position of the
よって、図8(a)に示したような第2の無給電素子9の長さが、円偏波用アンテナ10の受信周波数の電波の波長の1/2以上の長さである円偏波用アンテナ10を、図13(b)に示すように、自動車100の傾斜したフロントガラス61に取り付けると、円偏波用アンテナ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、円偏波用アンテナ10の天頂方向に対する受信性能が向上する。一方、図8(b)に示したような第2の無給電素子9の長さが、円偏波用アンテナ10の受信周波数の電波の波長の1/2未満の長さである円偏波用アンテナ10を、図13(b)に示すように、自動車100の傾斜したフロントガラス61に取り付けると、円偏波用ンテナ10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、円偏波用アンテナ10の水平に近い方向に対する受信性能が向上する。
Therefore, the circularly polarized wave in which the length of the second
ところで、円偏波用アンテナ10を構成するモノポールアンテナ5の全長は、比誘電率1の誘電体にモノポールアンテナ5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程度である。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5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。
By the way, the total length of the
例えば、λ1を誘電体上における或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の電波の波長とし、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5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11の上に形成したモノポールアンテナ5の全長L1は、この実施例では38mmとすることができる。なお、モノポールアンテナ10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の何れかによって形成すれば良い。
For example, λ1 is a wavelength of a radio wave at a specific frequency on the dielectric, λ0 is a wavelength of a radio wave having the same frequency as the above-mentioned specific frequency in free space, and α is a wavelength shortening by a dielectric around the antenna As a percentage
λ1 = α × λ0
Therefore, the total length of the antenna elements of the
図14は、本発明の円偏波用アンテナ10を用いた統合アンテナ20の構成の別の具体的な実施例を示すものであり、図10に示した実施例の統合アンテナ20と同じ方向から見たものである。なお、この図14には統合アンテナ20に接続するケーブル24の構成のみが示してあり、TVアンテナ13に接続するコネクタ31やケーブル33の図示は省略してある。
FIG. 14 shows another specific embodiment of the configuration of the
この実施例の統合アンテナ20が、図10に示した実施例の統合アンテナ20と異なる点は、円偏波用アンテナ10が配置された透明フィルム11の上にアースパターン6が設けられていない点のみである。よって、図10で説明した統合アンテナ20における構成部材と同じ構成部材には同じ符号を付してその説明を省略する。
The difference between the
この実施例では、同軸ケーブル24の先端部に取り付けられるコネクタ21に、1つの接続端子22のみが設けられている。コネクタ21の内部には図12で説明したアンプ26が設けられており、そのアースは同軸ケーブル24の図示しないアース線に接続されている。コネクタ21の透明フィルム11への接着も、例えば、両面接着テープで行えば良い。そして、同軸ケーブル24のアース線には単芯ケーブル28が接続されており、この単芯ケーブル28の先端部にはコネクタ29が取り付けられている。即ち、この同軸ケーブル24のアース線は、単芯ケーブル28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29で接続される。即ち、同軸ケーブル24のアース線は、自動車のボディ44に容量結合して交流的にアースされる。よって、この実施例では、透明フィルム11上にアースパターンを設けなくても良い。
In this embodiment, only one connection terminal 22 is provided on the
なお、前述の実施例では、統合アンテナ20は、円偏波用アンテナ10を透明フィルム11の上に形成し、自動車のフロントガラス61の裏面側に貼付するものを説明したが、円偏波用アンテナ10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。
In the above-described embodiment, the
以上説明した実施例では、本発明に係る円偏波用アンテナ20の受信について説明したが、電波を前述の統合アンテナ20から送信する場合についても全く同様である。
In the embodiment described above, the reception of the circularly polarized
1L,10L…左旋偏波受信用の円偏波アンテナ
1R,10R…右旋偏波受信用の円偏波アンテナ
2,5…モノポールアンテナ
2A,5A…先端部
4…無給電導体
4A…一端部
6…アースパターン
7…無給電素子
7A…一端部
8…誘電体フィルム
9…第2の無給電素子
10…本発明の円偏波用アンテナ
11,14…透明フィルム
11A…舌片部
13…TVアンテナ
16…給電端子
18…アンテナ接続端子
19…第3の無給電素子
20…統合アンテナ
21,31…コネクタ
22,23…接続端子
40…セレクタ/アンプ
50…テレビアンテナ
80…受信機
1L, 10L ... Circularly polarized
Claims (16)
このモノポールアンテナのアンテナ軸に対して垂直方向の長さ成分を備え、前記モノポールアンテナと電気的に接続しない線状導体である無給電素子とから構成され、
前記無給電素子は、前記モノポールアンテナに対して電力の受け渡しが可能な電力受渡し部を備えて、前記モノポールアンテナの前記開放端の近傍に配置されていることを特徴とする円偏波用アンテナ。 A monopole antenna having a feed point and an open end;
A length component in a direction perpendicular to the antenna axis of the monopole antenna, and a parasitic element that is a linear conductor that is not electrically connected to the monopole antenna,
The parasitic element includes a power delivery unit capable of delivering power to the monopole antenna, and is disposed in the vicinity of the open end of the monopole antenna. antenna.
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