JP2008193579A

JP2008193579A - 台形型エレメントアンテナ

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Publication number: JP2008193579A
Application number: JP2007028033A
Authority: JP
Inventors: Katsura Hijirikawa; 桂聖川
Original assignee: Kojima Press Industry Co Ltd
Current assignee: Kojima Industries Corp
Priority date: 2007-02-07
Filing date: 2007-02-07
Publication date: 2008-08-21
Anticipated expiration: 2027-02-07
Also published as: JP4878304B2

Abstract

【課題】台形型２エレメントアンテナにおいて、各周波数における利得の平坦化を図る。
【解決手段】台形型２エレメントアンテナ１０は、エレメント１２ａ、１２ｂと、給電点１４と、無給電素子１６と、を有している。エレメント１２ａとエレメント１２ｂは給電点１４を中心軸にして対称形であり、エレメント１２ａ、１２ｂの幅はＨ１、給電点１４を含み長辺長はＬ１、短辺長はＬ２である。さらに、無給電素子１６は導電体の板であり、給電点１４とは接続されておらず、長さＬ３、幅はＨ３であり、エレメント１２ａ、１２ｂからＨ２離れて配置されている。加えて、エレメント１２ａ、１２ｂは、短辺側の頂端部のうち、互いに対向する頂端部１１ａ、１１ｂを、長さ方向にＬ４、幅方向にＨ４だけ斜めにカットした形状である。
【選択図】図１

Description

本発明は車載用の台形型エレメントアンテナに関し、特に地上波デジタル放送受信可能な車両用の台形型エレメントアンテナに関する。

図５は、従来構成におけるダイポールアンテナの構造図である。ダイポールアンテナの片側のエレメント長をλ／４とすると、エレメントの全長ではλ／２となる。一般的にλ／２のダイポールアンテナは半波長ダイポールアンテナとも呼ばれる。この時のアンテナ利得は、２．１５ｄＢｉとなる。

図６は、従来構成におけるダイポールアンテナの放射パターン特性図である。Ｘ−Ｙ平面における放射パターンは、ダイポールに垂直な方向がピークとなり、図に示すように“８の字”のような形になる。

図７は、従来構成におけるダイポールアンテナの反射量（リターンロス）を示した特性図である。電荷保存則より、電気的に測定した反射量が空間に放射される電磁波を示すことから、放射電磁波の共振周波数は６００ＭＨｚとなり、反射量の目標値が−１０ｄＢと仮定すると帯域幅は５５０ＭＨｚ〜６５０ＭＨｚとなる。しかし、このままでは、帯域幅４７０ＭＨｚ〜７１０ＭＨｚの地上波デジタル放送受信用としては十分な特性が望めない。

また、ダイポールアンテナを地上波デジタル放送受信用として自動車へ搭載して使用する場合、帯域幅が狭いため１つのエレメントで帯域幅を満たすことが難しい。例えば、アンテナの目標帯域幅４０％に対してダイポールの帯域幅は１７％となり、要求を満たせない。

特許文献１には、ダイポールアンテナのエレメント部を平面化することにより、帯域幅を広域化する技術が開示されている。帯域幅を広げるため、特許文献１に示される技術を用いて、ダイポールアンテナを平面化したアンテナにて検討を行うと、ダイポールアンテナとの比較をすると全長は短縮可能であるが、エレメント部のサイズが大きくなる。このサイズで自動車への搭載の検討を行うと搭載可能な範囲が狭くなり実装することが難しい。

一方、特許文献２には、図８に示すように、対向する長辺と短辺で形成される２つの台形型電導体２ａ、２ｂと、互いに並んだ各台形型導電体２ａ、２ｂに給電する給電点４と、を有する平面ダイポールアンテナと、台形型導電体２ａ、２ｂの短辺側に配置された無給電素子６と、を備える台形型２エレメントアンテナ１が開示されている。

図９は、特許文献２に示されるような従来構成の台形型エレメントアンテナ１の反射量を示した特性図である。一般的に、棒状のダイポールアンテナの近傍に無給電素子を配置すると、２つの共振周波数４７０ＭＨｚ、７１０ＭＨｚを得ることは可能であるが、目標とする反射量における帯域幅を得ることができない。そこで、棒状の給電素子を平面状にすることで、帯域幅をカバーすることが可能である。

図１０は、従来構成の台形型２エレメントアンテナ１を車両後方のバンパー内部に搭載した際の指向性パターンを示す特性図である。図１０に示すように、台形型エレメントアンテナ１では、周波数４７０ＭＨｚより高周波の周波数７１０ＭＨｚの利得が、周波数４７０ＭＨｚの利得と比較して低いことがわかる。

特開２００３−５１７０８号公報特開２００６−１８６５４９号公報特開２００１−３１３５１６号公報特開昭６３−２１２２０４号公報

ところで、アンテナとしての機能を広帯域において平坦化するには、各周波数における利得も平坦化されていることが好ましい。

本発明は、台形型２エレメントアンテナにおいて、各周波数における利得の平坦化を図ることを目的とする。

本発明に係る車載用の台形型エレメントアンテナは、車載用の台形型エレメントアンテナであって、給電点と、前記給電点を中心に対称的に配置され、対向する長辺と短辺とが形成された２つの台形型電導体とを有する平面ダイポールアンテナと、前記台形型導電体の短辺側に配置される無給電素子と、を備え、前記各台形型導電体は、前記無給電素子側の頂端部のうち前記給電点に近い側の頂端部をカットした形状であることを特徴とする。

本発明に係る車載用の台形型エレメントアンテナの１つの態様では、前記カットした形状は、前記台形型電導体と前記無給電素子との間隔が前記無給電素子の中央部から端部に向かって狭くなる形状であることを特徴とする。

本発明によれば、各周波数における利得の平坦化を図ることができる。

本発明を実施するための最良の形態を具体的に示す実施形態について、以下図面を用いて説明する。

図１は、本実施形態における台形型２エレメントアンテナのパターン図である。台形型２エレメントアンテナ１０は、エレメント１２ａ、１２ｂと、給電点１４と、無給電素子１６と、を有している。エレメント１２ａとエレメント１２ｂは給電点１４を中心軸にして対称形である。

また、エレメント１２ａ、１２ｂの幅はＨ１であり、給電点を含み長辺長はＬ１、短辺長はＬ２である。さらに、これらエレメント１２ａ、１２ｂは導電体の板で形成されている。無給電素子１６は長さＬ３、幅はＨ３であり、エレメント１２ａ、１２ｂからＨ２離れて配置されている。また、無給電素子１６は幅の狭い長方形の導電体の板であり、給電点１４とは接続されていない。

さらに、本実施形態では、エレメント１２ａ、１２ｂは、短辺側（つまり、無給電素子１６側）の頂端部のうち、給電点１４に近い側の頂端部１１ａ、１１ｂを、長さ方向にＬ４、幅方向にＨ４だけ斜めにカットした形状である。カットされた部分は、エレメント１２ａ、１２ｂと無給電素子１６との間隔が無給電素子１４の中央部から両端部に向かって、次第に狭くなっている。つまり、無給電素子１４の中央部におけるエレメント１２ａ、１２ｂとの間隔は、無給電素子１４の両端部におけるエレメント１２ａ、１２ｂとの間隔よりも広くなっている。このように頂端部１１ａ、１１ｂをカットすることで、本実施形態に係る台形型２エレメントアンテナ１０は、従来の台形型２エレメントアンテナの電流分布と異なる電流分布となる。

図２は、本実施形態における台形型２エレメントアンテナの各周波数に対する利得と、従来の台形型２エレメントアンテナ（つまり、頂端部１１ａ、１１ｂがカットされていないアンテナ）の各周波数に対する利得とを示す特性図である。図２において、実線が、本実施形態における利得、破線が従来における利得を示す。図２に示すように、頂端部１１ａ、１１ｂをカットすることで、各周波数における利得が従来と比較して平坦化される。

ここで、Ｌ４およびＨ４の寸法は、実験により各周波数における利得が平坦化するように定めるが、例えばＬ４およびＨ４は、それぞれＨ１の３／４程度の寸法とする。なお、Ｌ４およびＨ４は必ずしも同寸法である必要はない。

図３は、本実施形態における台形型２エレメントアンテナの反射量を示した特性図である。反射量の目標値内に共振周波数４７０ＭＨｚと７１０ＭＨｚがあり、共振周波数４７０ＭＨｚは実験的にλ／２＝（Ｌ１＋Ｌ２）／２の関係で決まり、反射量の目標値における帯域幅ＢＷ１はＨ１により決まる。

さらに、共振周波数７１０ＭＨｚは実験的にλ／２＝Ｌ３とＨ２により決まり、帯域幅ＢＷ２はＨ３により決まり、台形型２エレメントアンテナのエレメントサイズが決定される。

続いて、動作について説明する。最初に給電点１４から給電素子であるエレメント１２ａ、１２ｂへ電流が流れ、共振周波数４７０ＭＨｚに対して共振する。次に、給電素子であるエレメント１２ａ、１２ｂの短辺側から無給電素子１６に電流が誘起されて共振周波数７１０ＭＨｚにて共振する。そして、それぞれの共振が重なり合い広帯域化を実現している。

図４Ａ、図４Ｂは、台形型２エレメントアンテナ１０を車両の後方バンパー部に内蔵した場合の指向性パターンと、従来の台形型２エレメントアンテナを同様位置に内蔵した場合の指向性パターンとを示す図である。図４Ａ、図４Ｂにおいて、実線は本実施形態における指向性パターン、破線は従来の指向性パターンである。さらに、図４Ａは、共振周波数４７０ＭＨｚ、図４Ｂは、共振周波数７１０ＭＨｚにおける指向性パターンを示す。

なお、本実施形態におけるＬ１〜Ｈ４の寸法比率に関し変更を行い、その条件に適した周波数、帯域幅への調整も当業者であれば好適に調整することが可能である。

また、エレメントの材質を軟性があり、導電性のある材料、例えは導電ゴム、導電性塗料などを使用してもよく、絶縁フィルム上に導電パターンを形成する方法でも実現できる。さらに、エレメントの材質を板状ではなく、網状にしても好適に現状と同等の性能を得ることが可能である。

加えて、本実施形態では、台形型２エレメントアンテナの設置場所として、車両の後方バンパー内部を例示した。しかし、設置場所は、後方バンパー内部に限らず、アンテナ近傍に金属ボディー（ＧＮＤ板）が配置されていれば、ドアやルーフ、ボンネット上など他の位置に設置してもよい。

さらに、周波数帯は上記の帯域に限らず、広帯域の周波数特性が必要とされるアナログＴＶ、デジタルＴＶ、ＦＭラジオなど他のメディアに対しても本実施形態は有効である。

本実施形態における台形型２エレメントアンテナのパターン図である。本実施形態における台形型２エレメントアンテナの各周波数に対する利得について従来のアンテナと比較して説明するための図である。本実施形態における台形型２エレメントアンテナの反射量を示した特性図である。台形型２エレメントアンテナ１０を車両の後方バンパー部に内蔵した場合の共振周波数４７０ＭＨｚの指向性パターンを従来のアンテナの指向性パターンと比較する図である。台形型２エレメントアンテナ１０を車両の後方バンパー部に内蔵した場合の共振周波数７１０ＭＨｚの指向性パターンを従来のアンテナの指向性パターンと比較する図である。従来構成におけるダイポールアンテナの構造図である。従来構成におけるダイポールアンテナの放射パターンの特性図である。従来構成におけるダイポールアンテナの反射量を示した特性図である。従来構成における台形型２エレメントアンテナのパターン図である。従来構成における台形型２エレメントアンテナの反射量を示した特性図である。従来構成の台形型２エレメントアンテナを車両後方のバンパー内部に搭載した際の指向性パターンを示す特性図である。

符号の説明

１０台形型２エレメントアンテナ、１１ａ，１１ｂ頂端部、１２ａ，１２ｂエレメント、１４給電点、１６無給電素子。

Claims

車載用の台形型エレメントアンテナであって、
給電点と、前記給電点を中心に対称的に配置され、対向する長辺と短辺とが形成された２つの台形型電導体とを有する平面ダイポールアンテナと、
前記台形型導電体の短辺側に配置される無給電素子と、
を備え、
前記各台形型導電体は、前記無給電素子側の頂端部のうち前記給電点に近い側の頂端部をカットした形状であることを特徴とする台形型エレメントアンテナ。
請求項１に記載の台形型エレメントアンテナにおいて、
前記カットした形状は、前記台形型電導体と前記無給電素子との間隔が前記無給電素子の中央部から端部に向かって狭くなる形状である、
ことを特徴とする台形型エレメントアンテナ。