JP2006060756A - 移動機用アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】ＵＨＦ帯テレビジョン放送、移動通信等の受信において、最適受信状態の電波到来方向を自動的に選択し、マルチパス障害を少なくする、移動に適した複数の指向性を持つ構造のアンテナシステムを提供する。
【解決手段】
複数の、反射器付き水平偏波短縮アンテナ素子と、水平面を複数に分割した角度に、それぞれの方向を配置し、アンテナ素子は端末と接地導体間に可変電圧制御による可変容量素子を持ち、受信周波数において１／２波長共振させ、最適受信した素子を、自動的にアンテナ素子を選択スイッチ接続するシステムと組み合わせる
【選択図】 図１

Description

ＵＨＦ帯デジタル式テレビジョン放送、移動通信等の、自動車等で移動する移動体に設置し、不特定及び複数の方向から到来する電波を選択して受信するアンテナ装置

従来テレビジョン放送はアナログ方式による主にＶＨＦ帯を用いたものであった。これは本来、家庭用固定受信を主目的としたもので、移動体、車載用には、実用に十分な性能を得られず、普及に限界があった。日本国内では近年、テレビジョン放送は、デジタル方式に転換決定され、ＵＨＦ帯で実施開始された。これによりアナログ方式による多くの問題の改善が期待されている。

移動体受信における重要な障害要素、電波の通路中の反射による到達時間差、即ち位相差の異なる電波、複数の異なる時間差を持つ電波との干渉合成によるマルチパス現象が、受信機能の重大な劣化をもたらすのは周知である。

マルチパス干渉は、受信方式に関わらず共通に起こる無視し得ない問題で、受信性能の良否は受信アンテナ機能に依存する影響が大きい。電波は送信アンテナより送信され原則直進し到達するが、自動車等の移動機の使用方向が一定しないため、家庭用テレビの如く固定した指向性アンテナを用いることができない。最適受信には、アンテナ指向性を電波到来方向に自動追従するのが理想的であるが、技術的、容積、経済的に不利であり、従来製品は無指向性形が用いられてきた。

このための防御手段に、いわゆるダイバシティ方式が主に用いられてきた。
しかし、この方式は、上記の干渉をアンテナの機能により積極的に排除する機能を持つものではなく、複数の設置位置の異なる無指向性アンテナのうちの、最も受信状態のよい入力を選択切り替えする手法である。

そのため、周知のように、到来電波の方向に自動的に追従するか、複数の指向性を持つ複数アンテナ素子の、最も受信条件のよい指向性が適合する一つを選択するマルチアレイアンテナ等がある、これにより、干渉する複数の反射波、信号波のレベル差を大きくすることにより、感度低下防止、マルチパス干渉を抑制する手段が知られているが、実用には、物理的、機能的、経済的には困難な条件が多い。

日経エレクトロニクス、２００３．８．１８号、１０４〜１０６頁

前記のように、移動通信、移動時の性能は、受信アンテナに依存する、重要な要素であるが、自動追従、マルチアレイ等のシステムは、一般民需製品に適用するには、物理的容積が大、制御回路等は煩雑で、経済性に適する物はなかった。

車載機、携帯機用は小型、機能的で、電池電源の携帯機は、消費電力が可能な限り少ないことが求められ、デザイン的優位性も重要である。

ＴＶ放送電波は主に水平偏波が用いられるから、水平偏波ダイポール形を用い、複数アンテナ素子を平面基板上に配置し、各素子はアンテナ背面に水平方向に長辺とする反射器を設け、ほぼ単方向の指向性を持たせ、平面状アンテナを構成出来る。

周囲３６０度を、４乃至６に分割し、その分割された１つの角度に１素子の複数アンテナ素子の指向性を適用し、最適条件の１を選択し、それ以外の異方向角度からの不要波の受信感度を減少させるものとする。

日本のＵＨＦ帯テレビ周波数帯約４６０から７８０ＭＨｚの、二分の一波長は３２６ｍｍから１９２ｍｍになり、約１．７倍の差がある。実用上は一つのアンテナ素子の長さを固定長にし、上記最短長以下に短縮する。
短縮率は、感度、物理デザイン等、実用的な条件により設定でき、特定されない。

使用周波数において、二分の一波長共振で作動させるため、アンテナ素子と接地間に可変容量素子を接続し、受信機の受信周波数制御と連動して、共振点となる様静電容量を変化させるが、可変手段構成は、通常知られた手法を適用することが出来る。

アンテナ素子４個ないし６個を平面上の多角形の周囲に配置すれば、円盤状の構成が可能となる。または機能的には、全周囲を分割した指向性方向に配分し、包含できるものであれば、立体的に段差を持つ、あるいは変形形状も可能である。

アンテナの一素子は、全周角度の一部の指向性を受け持つもち、複数の素子の何れが、受信入力の最大か、あるいはマルチパスの影響を受けにくい優位性かを接続する受信機において判断し、入力を選択切り替えするシステム、いわゆるダイバシティ方式のシステムを適用することを可能とする。

複数アンテナ素子と前置増幅器等の受信システムへの接続は、インピーダンス整合器と、複数の一つを選択接続するスイッチ回路を経由する。その順番は逆でもよい。

本システムは、従来の無指向性アンテナ素子を用いる場合と異なり、目的とする受信波に対し、入射角度の異なる反射波を減少でき、マルチパス排除能力が向上する。最適受信状態を選択するダイバシティ方式を適用出来、システム構成が容易になる。

受信周波数において二分一波長の共振は、高周波回路に共振回路を用いないアップコンバージョン、ダイレクトコンバージョン方式等を用いた受信機の場合、受信目的周波数外入力による妨害干渉能力は低いので、その特性低下防止にも有利に作動する。

平面的構造が可能で、通常自動車のルーフは地面に対しほぼ水平であるから、ルーフ上に水平に設置しても、高い突起物とならない。ルーフ上に若干間隔を持たせ、空力翼等に組み込む構造、あるいはルーフが絶縁体であればルーフ内に組み込み一体化が可能となり、デザイン的にも優位性を得られる。

図１は請求項１により構成した構造例の平面図である。基板１に２ａから２ｄの周囲を４分割したアンテナ素子１１ａから１１ｄをそれぞれ分割された方向に、主指向性を配置する。当例では４分割であるが、５、６分割等に設定も可能であり限定しない。所要指向性と反対側に、接地導体５を壁状に配置し反射器とする。

基板１の外形寸法は、当然搭載するアンテナ素子の相関関係となる、本例ではアンテナ素子１１長を９０ｍｍの短縮長としたとき、基板１の外形直径は約１５０ｍｍとなる。ただし、アンテナ素子１１長は、感度、デザイン等の実用的設計条件により増減し、変えられるので、これに固定するものでない

図２は図１のＡ−Ａ′断面図で、基板１の水平面が、移動体と地上面を平行となる設定となる。接地導体５は可変容量素子１２の接地接続用として用いることもできる。

図３は本システムの回路構成図例である。アンテナ素子１１ａ〜ｄは、可変容量素子１２が接地間に接続され、制御用可変電圧を供給される。制御電圧は、例えば受信機本体４の周波数制御機能２２から、ドライバ１７を経て、印加される。この構成は従来設計的に用いられる手段を適用でき、詳細は図３に限定するものでない。

本例では、スイッチ３は、複数のアンテナ素子１１のうち、最適状態の感度、妨害状態を選択切り替える。その制御は受信機の判別機能２３、制御回路１６を経る構成であるが、従来用いられるダイバシティ方式により構成出来るので図３に限定しない。

図４は、自動車上部ルーフ３２上に、前記アンテナユニット１を、構造体３１に収容し、設置した例である。車体の前後、トランクリッド上などでもよく、ルーフ等が絶縁体であれば、その内部、外部に一体化し収容してもよい。

本発明に係わる実施例の構造の平面図である。 本発明に係わる実施例の構造側面図である。 本発明に係わる実施例の回路構成図である。 本発明に係わる実施例の、設置の実施例構造図である。

符号の説明

１ アンテナユニット
２ アンテナ素子個別基板ユニット
３ スイッチユニット
４ 受信機
５ 接地導体
１１ａ〜ｄ アンテナ素子
１２ａ〜ｄ 可変容量素子
１３ａ〜ｄ 整合、結合回路
１４ スイッチ素子
１５ 増幅器
１６ スイッチドライバ
１７ 周波数制御電圧ドライバ
２１ 受信機回路
２２ 周波数制御電圧選択回路
２３ アンテナ素子選択判別回路
３１ 空力翼または車体上部構造体

Claims (3)

1. ＶＨＦ、ＵＨＦ、ＳＨＦ帯に於いて、移動体受信機に用いるアンテナシステムであって、複数の、反射器を持つ水平ダイポールアンテナ素子を、水平面上の全外周を複数に分割した角度にそれぞれの主指向性を設置し、アンテナ素子と接地間に可変容量素子が接続され、二分の一波長共振体となる様制御され、二分の一波長以下の物理長を持つ長さに短縮され、複数アンテナ素子の１つを、受信状態の良好な素子を切り替え選択するスイッチ回路と、その出力を受信機前置増幅器または受信機に接続するシステム構成。
2. 自動車のルーフ、車体上部等に設置する走行性向上目的の空力翼や、装飾用、物品搭載等を目的とする構造体に、
3. を内蔵または付加する構造。

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