JP2009135741A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 限られた空間しか有していないアンテナケースを備えるアンテナ装置にさらにアンテナを組み込んでも良好な電気的特性を得る。
【解決手段】 アンテナベース２０に立設されて取り付けられたアンテナ基板３０にアンテナ素子３１が形成されている。このアンテナ素子３１の直下に平面アンテナユニット３５が位置するようアンテナベース２０に固着されている。平面アンテナユニット３５の動作周波数帯の中心周波数の波長をλとした際に、平面アンテナユニット３５の上面とアンテナ素子３１の下端との間隔が約０．２５λ以上とされている。これにより、アンテナ素子３１の影響を受けることなく平面アンテナユニット３５の水平面内の放射指向特性を無指向性とすることができると共に、良好なゲイン特性が得られるようになる。
【選択図】 図５

Description

本発明は、少なくともＦＭ放送を受信可能な車両に取り付けられる低姿勢のアンテナ装置に関するものである。

車両に取り付けられる従来のアンテナ装置は、一般にＡＭ放送とＦＭ放送を受信可能なアンテナ装置とされている。従来のアンテナ装置では、ＡＭ放送およびＦＭ放送を受信するために１ｍ程度の長さのロッドアンテナが用いられていた。このロッドアンテナの長さは、ＦＭ波帯においてはおよそ１／４波長となるが、ＡＭ波帯においては波長に対してはるかに短い長さとなることからその感度が著しく低下する。このため、従来は、ハイインピーダンスケーブルを用いてＡＭ波帯に対してロッドアンテナをハイインピーダンス化したり、ＡＭ波帯の増幅器を用いて増幅し感度を確保していた。また、アンテナのロッド部をヘリカル状に巻回されたヘリカルアンテナとすることにより、アンテナの長さを約１８０ｍｍ〜４００ｍｍに短くするようにした車載用のアンテナ装置も用いられている。しかし、ロッド部を縮小化したことによる性能劣化を補うためにアンテナ直下に増幅器を入れるようにしている。

ロッド部を短くした従来のアンテナ装置１０１を車両１０２に取り付けた構成を図２３に示す。図２３に示すように、従来のアンテナ装置１０１は車両１０２のルーフに取り付けられており、車両１０２から突出しているアンテナ装置１０１の高さｈ１０は約２００ｍｍとされている。アンテナ装置１０１のロッド部は、ヘリカル状に巻回されたヘリカルアンテナとされている。アンテナ装置１０１は、上記したように車両１０２から突出していることから車庫入れや洗車する際にロッド部が衝突して折損するおそれがある。そこで、アンテナ装置１０１のロッド部を車両１０２のルーフに沿うよう倒すことができるようにしたアンテナ装置も知られている。
特開２００５−２２３９５７ 特開２００３−１８８６１９

このような従来のアンテナ装置１０１では、ロッド部が車体から大きく突出しているため車両の美観・デザインを損ねると共に、車庫入れや洗車時等に倒したロッド部を起こし忘れた場合、アンテナ性能が失われたままになるという問題点があった。また、アンテナ装置１０１は車外に露出しているため、ロッド部が盗難にあう恐れも生じる。そこで、アンテナケース内にアンテナを収納した車載用のアンテナ装置が考えられる。この場合、車両から突出するアンテナ装置の高さは車両外部突起規制により所定の高さに制限されると共に、車両の美観を損ねないよう長手方向の長さも１６０〜２２０ｍｍ程度が好適とされる。すると、このような小型アンテナの放射抵抗Ｒradは、６００〜８００×（高さ／波長）²として表されるように高さの２乗に比例してほぼ決定されるようになる。例えば、アンテナ高を１８０ｍｍから６０ｍｍに縮小すると約１０ｄＢも感度が劣化するようになる。このように、単純に既存のロッドアンテナを短縮すると性能が大きく劣化して実用化が困難になる。さらに、アンテナを７０ｍｍ以下の低姿勢とすると放射抵抗Ｒradが小さくなってしまうことから、アンテナそのものの導体損失の影響により放射効率が低下しやすくなって、さらなる感度劣化の原因になる。

そこで、出願人は特願２００６−３１５２９７号において、７０ｍｍ以下の低姿勢としても感度劣化を極力抑制することのできる車両に取り付けられるアンテナ装置を提案した。ところで、車両には地上波ラジオ放送、衛星ラジオ放送やＧＰＳ等の多種多様な用途に応じたアンテナが搭載されていることがある。しかし、各種メディア対応の各アンテナが増加するに従い、車両に搭載するアンテナの数が増加し、車両の美観は損なわれると共に、取り付けるための作業時間も増大する。そこで、アンテナ装置に複数のアンテナを組み込むことが考えられる。一例として、上記提案したアンテナ装置に、例えばＳＤＡＲＳ（Satellite Digital Audio Radio Service：衛星デジタルラジオサービス）を受信するアンテナを組み込んだアンテナ装置の構成例を示す平面図を図２４に示し、そのアンテナ装置の構成例を示す側面図を図２５に示す。

図２４および図２５に示すアンテナ装置２００は、アンテナケース２１０と、このアンテナケース２１０内に収納されているアンテナベース２２０と、アンテナベース２２０に取り付けられているアンテナ基板２３０およびアンプ基板２３４とから構成されている。アンテナケース２１０は先端に行くほど細くなる流線型の外形形状とされている。アンテナケース２１０の下面には金属製のアンテナベース２２０が取り付けられる。アンテナケース２１０内に立設して収納できる大きさのアンテナ基板２３０には、アンテナ素子２３１のパターンが形成されている。このアンテナ素子２３１の下縁とアンテナベース２２０との間隔は約１０ｍｍ以上とされている。このアンテナ基板２３０は、アンテナベース２２０に立設して固着されていると共に、アンテナ基板２３０の前方にアンプ基板２３４が固着されている。そして、アンプ基板２３４の上に平面アンテナユニット２３５が固着されている。平面アンテナユニット２３５は、摂動素子を備え円偏波を受信可能なパッチ素子を有している。平面アンテナユニット２３５をアンプ基板２３４の上に固着しているのは、アンテナ素子２３１の下には、平面アンテナユニット２３５の高さが高いことから配置することができず、限られた空間しか有していないアンテナケース２１０内において、平面アンテナユニット２３５を配置することができるのはアンプ基板２３４の上だけとなるからである。

アンテナベース２２０の下面からは、アンテナ装置２００を車両に取り付けるためのボルト部２２１と、アンテナ装置２００から受信信号を車両内に導くためのケーブルを引き出すケーブル引出口２２２が突出して形成されている。この場合、ボルト部２２１およびケーブル引出口２２２が挿通される穴が車両のルーフに形成され、これらの穴にボルト部２２１およびケーブル引出口２２２が挿通されるようルーフ上にアンテナ装置２００を載置する。そして、車両内に突出したボルト部２２１にナットを締着することによりアンテナ装置２００を車両のルーフに固着することができる。この際に、ケーブル引出口２２２から引き出されたケーブルが車両内に導かれる。また、アンテナケース２１０内に収納されているアンプ基板２３４への給電ケーブルは、車両内からケーブル引出口２２２を介してアンテナケース２１０内に導かれる。なお、アンテナケース２１０の長手方向の長さは約２００ｍｍとされ、横幅は約７５ｍｍとされる。また、車両から突出している高さは約７０ｍｍとされて低姿勢とされている。

アンテナ装置２００の水平面内の放射指向特性を図２６に示す。ただし、仰角は２０°とされている。図２６に示す放射指向特性を参照すると、無指向性とはなっておらず、特に、アンテナ素子２３１が存在している方向（１８０°）において放射指向特性が落ち込んでいることが分かる。これは、アンプ基板２３４の上に設置した平面アンテナユニット２３５の設置高が高くなり、グランド面と平面アンテナユニット２３５のパッチ素子との間隔が大きくなり、平面アンテナユニットの電気的特性、特に放射指向特性に影響を及ぼすことになるからである。さらに、平面アンテナユニット２３５の放射界において、低仰角放射範囲に平面アンテナユニット２３５の動作周波数の１／２波長程度の大きな金属体であるアンテナ素子２３１が存在しており、このアンテナ素子２３１による反射・回折等の影響で、平面アンテナユニット２３５の放射指向特性が大きく劣化する傾向にあるからである。このように、限られた空間しか有していないアンテナケースを備えるアンテナ装置にさらにアンテナを組み込むと既設のアンテナの影響を受けて良好な電気的特性を得ることができないという問題点があった。
そこで、本発明は限られた空間しか有していないアンテナケースを備えるアンテナ装置にさらにアンテナを組み込んでも良好な電気的特性を得ることができるアンテナ装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は、立設されて配置され面状のアンテナ素子が形成されているアンテナ基板と、アンテナ基板と重ならないように配置されているアンプ基板と、アンテナ素子の直下であって、前記アンテナ素子の面とほぼ直交するよう配置されている平面アンテナユニットとを備え、平面アンテナユニットの動作周波数帯の中心周波数の波長をλとした際に、平面アンテナユニットの上面とアンテナ素子の下端との間隔が約０．２５λ以上とされていることを最も主要な特徴としている。

本発明によれば、立設されて配置され面状のアンテナ素子が形成されているアンテナ基板と、アンテナ基板と重ならないように配置されているアンプ基板と、アンテナ素子の直下であって、前記アンテナ素子の面とほぼ直交するよう配置されている平面アンテナユニットとを備え、平面アンテナユニットの動作周波数帯の中心周波数の波長をλとした際に、平面アンテナユニットの上面とアンテナ素子の下端との間隔が約０．２５λ以上とされていることから、アンテナ素子の影響を受けることなく平面アンテナユニットの水平面内の放射指向特性を無指向性とすることができると共に、良好なゲイン特性が得られるようになる。

本発明の実施例にかかるアンテナ装置を取り付けた車両の構成を図１に示す。図１に示すように、本発明にかかる第１実施例のアンテナ装置１は車両２のルーフに取り付けられており、車両２から突出している高さｈは約７５ｍｍ以下で好適には約７０ｍｍ以下とされている。第１実施例のアンテナ装置１は後述するアンテナケースを備え極めて低姿勢とされているが、ＡＭ放送、ＦＭ放送および衛星ラジオ放送を受信することが可能とされている。このアンテナ装置１の形状は先端に行くほど細くなると共に、側面も内側に絞った曲面とされた流線型とされており、車両の美観・デザインを損ねない形状とされている。そして、アンテナ装置１の下面は、車両２の取付面の形状に合わせた形状とされて、車両２に水密に取り付けられている。

次に、本発明の車載用にかかる第１実施例のアンテナ装置１の構成を図２ないし図６に示す。ただし、図２は本発明にかかる第１実施例のアンテナ装置１の構成を示す側面図であり、図３は本発明にかかるアンテナ装置１の構成を示す平面図であり、図４は本発明にかかる第１実施例のアンテナ装置１の内部構成を示す平面図であり、図５は本発明にかかる第１実施例のアンテナ装置１の内部構成を示す側面図であり、図６はアンテナケースを省略して示す第１実施例のアンテナ装置１の内部構成を示す正面図である。
これらの図に示すように、本発明の第１実施例にかかるアンテナ装置１は、アンテナケース１０と、このアンテナケース１０内に収納されているアンテナベース２０と、アンテナベース２０に取り付けられているアンテナ基板３０と、アンプ基板３４と、平面アンテナユニット３５から構成されている。アンテナケース１０の長手方向の長さは約２００ｍｍとされ、横幅は約７５ｍｍとされている。

アンテナケース１０は電波透過性の合成樹脂製とされており、先端に行くほど細くなると共に、側面も内側に絞った曲面とされた流線型の外形形状とされている。アンテナケース１０の下面は取り付けられる車両２の取付面の形状に合わせた形状とされている。アンテナケース１０内には、アンテナ基板３０を立設して収納できる空間と、アンプ基板３４をアンテナベース２０にほぼ平行に収納する空間が形成されている。アンテナケース１０の下面には金属製のアンテナベース２０が取り付けられている。そして、アンテナベース２０にアンテナ基板３０が立設して固着されていると共に、アンテナ基板３０の前方に位置するようにアンプ基板３４がアンテナベース２０に固着されている。また、アンテナ基板３０の下縁の中央部に矩形状の切欠３０ａが形成されており、この切欠３０ａ内に位置するように平面アンテナユニット３５がアンテナベース２０に取り付けられている。このアンテナベース２０をアンテナケース１０の下面に取り付けることにより、アンテナケース１０の内部空間にアンテナ基板３０とアンプ基板３４と平面アンテナユニット３５とを収納することができる。なお、立設して固着されるアンテナ基板３０の上縁をアンテナケース１０の内部空間の形状に合わせた形状として、アンテナ基板３０の高さをなるべく高くすることが好適とされる。

アンテナベース２０の下面からは、アンテナ装置１を車両２に取り付けるためのボルト部２１と、アンテナ装置１から受信信号を車両２内に導くためのケーブルを引き出すケーブル引出口２２が突出して形成されている。この場合、ボルト部２１およびケーブル引出口２２が挿通される穴が車両２のルーフに形成され、これらの穴にボルト部２１およびケーブル引出口２２が挿通されるようルーフ上にアンテナ装置１を載置する。そして、車両２内に突出したボルト部２１にナットを締着することによりアンテナ装置１を車両２のルーフに固着することができる。この際に、位置決め用の突起としても作用するケーブル引出口２２から引き出されたケーブルが車両２内に導かれる。また、アンテナケース１０内に収納されているアンプ基板３４への給電ケーブルは、車両２内からケーブル引出口２２を介してアンテナケース１０内に導かれる。

アンテナベース２０は、一側が半円形とされたほぼ矩形状の細長い平板からなり、おもて面にはアンテナ基板３０の縁部を挟持することでアンテナ基板３０を立設して保持する一対の基板固定部２３が形成されている。さらに、アンプ基板３４をネジ止めにより支持する一対のボス２４が突出して形成されている。また、アンテナベース２０の周縁には、アンテナベース２０をアンテナケース１０に取り付ける際にネジを挿通する５個の取付孔２５が形成されている。さらに、アンテナベース２０の裏面には上記した周側面にネジが切られているボルト部２１と断面が略矩形とされたケーブル引出口２２が突出して形成されている。これにより、図４，図５に示すように一対の基板固定部２３にアンテナ基板３０が立設されて固着されると共に、一対のボス２４にアンプ基板３４が固着されるようになる。また、立設して固着されたアンテナ基板３０の切欠３０ａ内であって、アンテナベース２０のおもて面に平面アンテナユニット３５がネジ止めや接着剤により固着される。そして、アンプ基板３４の出力に接続されたケーブルおよび平面アンテナユニット３５から引き出されたケーブルがケーブル引出口２２から下方へ引き出されるようになる。

アンテナ基板３０は、高周波特性の良好なガラスエポキシ基板等のプリント基板とされており、ＡＭ放送とＦＭ放送を受信可能なアンテナを構成するアンテナ素子３１のパターンが上部に形成されている。アンテナ基板３０のアンテナベース２０からの高さはＨ、長さはＬとされている。また、アンテナ素子３１の長さはアンテナ基板３０と同じＬとされ、幅（高さ）はｈとされている。さらに、アンテナ素子３１の下縁と平面アンテナユニット３５の上面との間隔はＤとされている。このアンテナ素子３１の大きさは、アンテナケース１０の内部空間の制約から高さＨは約７５ｍｍ程度までの高さ、長さＬは約９０ｍｍ程度までとされている。ここで、ＦＭ波帯の周波数１００ＭＨｚの波長をλとすると、約７５ｍｍの寸法は約０．０２５λ、約９０ｍｍの寸法は約０．０３λとなり、アンテナ素子３１は波長λに対して超小型のアンテナとなる。

ところで、このような超小型のアンテナ素子３１とされると、インダクタ成分が小さくなることからＦＭ波帯にアンテナ素子３１を共振させることが困難となる。そこで、１μＨ〜３μＨ程度のアンテナコイル３２をアンテナ素子３１の給電点とアンプ基板３４におけるアンプの入力との間に直列に挿入することにより、アンテナ素子３１とアンテナコイル３２とからなるアンテナ部をＦＭ波帯付近で共振させられるようになる。このアンテナコイル３２が図６に図示されている。これにより、アンテナ素子３１とアンテナコイル３２とからなるアンテナ部がＦＭ波帯において良好に動作することができるようになる。なお、このＦＭ波帯で共振するアンテナ素子３１をＡＭ波帯では電圧受信素子として利用することにより、ＡＭ波帯を受信できるようにしている。また、長さがＬで幅がｈの面状のアンテナ素子３１としていることから導体損失が小さくなり、導体損失による電気的特性の劣化を防止することができる。
また、アンプ基板３４に設けられているアンプは、アンテナ素子３１により受信されたＦＭ放送信号とＡＭ放送信号とを増幅して出力している。

上記したように、本発明の第１実施例のアンテナ装置１においてはＡＭ／ＦＭ受信用のアンテナ素子３１の直下に衛星ラジオ放送を受信する平面アンテナユニット３５が配置されている。平面アンテナユニット３５は、摂動素子を備え円偏波を受信可能なパッチ素子を備えている。一般的には、２つのアンテナを近接して配置するとゲイン特性が劣化したり放射指向特性が乱れるようになる。そこで、本発明にかかるアンテナ装置１においてアンテナ素子３１の下縁と平面アンテナユニット３５の上面との間隔Ｄをパラメータとして、仰角を衛星ディジタルラジオの衛星受信側仰角範囲の仕様である２０°〜６０°に設定した際の平面アンテナユニット３５のゲイン特性を図７ないし図１１に示す。この場合のアンテナ素子３１は、長さＬが約６０ｍｍ、縦方向の幅ｈが約２８ｍｍの寸法とされている。
図７には、周波数が衛星ディジタルラジオ放送（ＳＤＡＲＳ）の中心周波数である２３３８．７５ＭＨｚ、仰角が２０°とされ、間隔Ｄが３３ｍｍ〜７ｍｍまで変化した際の平面アンテナユニット３５のゲイン特性が示され、横軸が間隔Ｄ（ｍｍ）とされ縦軸がアベレージゲイン［ｄＢｉｃ］とされている。図７に示すゲイン特性を参照すると、間隔Ｄが３３ｍｍとされたときにアベレージゲインは最大となって約２．０［ｄＢｉｃ］のゲインが得られるが、間隔Ｄが７ｍｍまで狭くされていくに従いアベレージゲインは減衰していき、間隔Ｄが７ｍｍになると最小となって約０［ｄＢｉｃ］までゲインが減衰することがわかる。ここで、ｄＢｉｃという単位は、円偏波（circular polarization）の等方性（isotropic）アンテナ（すべての方向に一様に電力を放射する仮想的なアンテナ）に対する絶対利得を表している。

また図８には、周波数が２３３８．７５ＭＨｚ、仰角が３０°とされ、間隔Ｄが３３ｍｍ〜７ｍｍまで変化した際の平面アンテナユニット３５のゲイン特性が示されている。図８に示すゲイン特性を参照すると、間隔Ｄが３３ｍｍとされたときにアベレージゲインは最大となって約１．０［ｄＢｉｃ］のゲインが得られるが、間隔Ｄが７ｍｍまで狭くされていくと次第にアベレージゲインは減衰していき、間隔Ｄが７ｍｍになると最小となって約−５．５［ｄＢｉｃ］までゲインが減衰することがわかる。
さらに図９には、周波数が２３３８．７５ＭＨｚ、仰角が４０°とされ、間隔Ｄが３３ｍｍ〜７ｍｍまで変化した際の平面アンテナユニット３５のゲイン特性が示されている。図９に示すゲイン特性を参照すると、間隔Ｄが３３ｍｍとされたときにアベレージゲインは最大となって約１．８［ｄＢｉｃ］のゲイン得られるが、間隔Ｄが７ｍｍまで狭くされていくと次第にアベレージゲインは減衰していき、間隔Ｄが７ｍｍになると最小となって約−４．０［ｄＢｉｃ］までゲインが減衰することがわかる。

さらに図１０には、周波数が２３３８．７５ＭＨｚ、仰角が５０°とされ、間隔Ｄが３３ｍｍ〜７ｍｍまで変化した際の平面アンテナユニット３５のゲイン特性が示されている。図１０に示すゲイン特性を参照すると、間隔Ｄが３３ｍｍとされたときにアベレージゲインは最大となって約２．０［ｄＢｉｃ］のゲインが得られるが、間隔Ｄが７ｍｍまで狭くされていくと次第にアベレージゲインは減衰していき、間隔Ｄが７ｍｍになると最小となって約−７．９［ｄＢｉｃ］までゲインが減衰することがわかる。
さらに図１１には、周波数が２３３８．７５ＭＨｚ、仰角が６０°とされ、間隔Ｄが３３ｍｍ〜７ｍｍまで変化した際の平面アンテナユニット３５のゲイン特性が示されている。図１１に示すゲイン特性を参照すると、間隔Ｄが３３ｍｍとされたときにアベレージゲインは最大となって約２．１［ｄＢｉｃ］のゲインが得られるが、間隔Ｄが７ｍｍまで狭くされていくと次第にアベレージゲインは減衰していき、間隔Ｄが７ｍｍになると最小となって約−４．５［ｄＢｉｃ］までゲインが減衰することがわかる。

図７ないし図１１に示すゲイン特性を参照すると、間隔Ｄは大きくするほど良好なゲイン特性を示すようになり、間隔Ｄを約３３ｍｍ以上とすれば衛星ディジタルラジオの衛星受信側仰角範囲の仕様である２０°ないし６０°の仰角範囲において良好なゲイン特性を得ることができる。この場合のアンテナ素子３１の幅ｈは約２８ｍｍとされている。また、アンテナ素子３１のゲイン特性および放射指向特性に平面アンテナユニット３５は影響を与えることがなく、アンテナ素子３１の下縁と平面アンテナユニット３５の上面との間隔Ｄを約３３ｍｍ、アンテナ素子３１の幅ｈを約２８ｍｍに設計することで、アンテナ素子３１の直下に平面アンテナユニット３５を組み込んで統合することができる。

さらにまた、図１２に平面アンテナユニット３５の水平面内の放射指向特性を示す。ただし、間隔Ｄは約３３ｍｍ、仰角は２０°とされている。図１２に示す放射指向特性を参照すると、ほぼ無指向性が得られており、平面アンテナユニット３５の直上にアンテナ素子３１が存在していても、放射指向特性はその影響と受けていないことがわかる。すなわち、アンテナベース２０上に固着された平面アンテナユニット３５の高さが低くなることから、グランド面と平面アンテナユニット３５のパッチ素子の間隔が小さくなり、平面アンテナユニット３５の電気的特性、特に放射指向特性に影響を及ぼさないようになる。また、アンテナ素子３１の直下に平面アンテナユニット３５を組み込むことにより、アンテナ素子３１直下に設置した平面アンテナユニット３５の放射指向特性はその影響が軽減されて等方等射の様相を呈するようになる。このように、限られた空間しか有していないアンテナケース１０を備えるアンテナ装置１において、アンテナ素子３１の直下に平面アンテナユニット３５を組み込んでも、その間の間隔Ｄを約３３ｍｍとすることでアンテナ素子３１の影響を受けることなく無指向性を得ることができるようになる。

ここで、本発明にかかる第１実施例のアンテナ装置１における設計手法について説明する。ただし、平面アンテナユニット３５は、ＳＤＡＲＳ（Satellite Digital Audio Radio Service：衛星ディジタルラジオサービス）受信用のアンテナとされ、その中心周波数は２３３８．７５ＭＨｚとされている。この場合、衛星デジタルラジオの中心周波数の波長λは約１２８ｍｍであり、波長λに換算した設計値として以下に表現するものとする。
（１）アンテナ素子３１の下縁と平面アンテナユニット３５の上面の間隔Ｄを、約０．２５λ以上とする。
（２）アンテナ素子３１の長さＬを、およそ０．５λ程度、或いはそれ以下とする。
（３）アンテナ素子３１の縦方向の幅ｈを、およそ０．２λ〜０．２５λ程度、或いは０．２λ以下とする。
（４）アンテナ素子３１は厚みより縦方向の幅が大きくされアンテナ基板３０にプリントする、あるいは、厚さが１〜２ｍｍの板状とする。
この様なアンテナ素子３１の寸法・位置関係とすることにより、アンテナ素子３１と平面アンテナユニット３５が、相互に影響を及ぼすことが低減され、それぞれ単独で存在する場合の各アンテナと同等の電気的特性を示すことが可能となる。

次に、アンテナ素子３１のグランドからの高さＨを約６０ｍｍ（アンテナ装置１の高さは約６５ｍｍとなる。）に設計したアンテナ装置１の構成を図１３に示し、アンテナ素子３１のグランドからの高さＨを約７０ｍｍ（アンテナ装置１の高さは約７５ｍｍとなる。）に設計したアンテナ装置１の構成を図１４に示し、アンテナ素子３１の高さＨを約６０ｍｍと約７０ｍｍにした場合において、仰角を変化させた時の平面アンテナユニット３５のアベレージゲインを図１５に示す。
図１５を参照すると、アンテナ素子３１の高さＨを約６０ｍｍとした場合は、仰角が２０°の時に約０．５［ｄＢｉｃ］のアベレージゲインが得られ、仰角が３０°の時には減衰して約−２．０［ｄＢｉｃ］のアベレージゲインとなり、仰角が４０°の時に約−０．２［ｄＢｉｃ］のアベレージゲインが得られ、仰角が５０°の時に約−０．５［ｄＢｉｃ］のアベレージゲインが得られ、仰角が６０°の時に約０．６［ｄＢｉｃ］のアベレージゲインが得られている。また、アンテナ素子３１の高さＨを約７０ｍｍとした場合は、仰角が２０°の時に約２．０［ｄＢｉｃ］のアベレージゲインが得られ、仰角が３０°の時には減衰するが約１．０［ｄＢｉｃ］のアベレージゲインが得られ、仰角が４０°の時に約１．８［ｄＢｉｃ］のアベレージゲインが得られ、仰角が５０°の時に約２．０［ｄＢｉｃ］を超えるアベレージゲインが得られ、仰角が６０°の時に約２．１［ｄＢｉｃ］のアベレージゲインが得られている。
このように、アンテナ素子３１の高さＨが高くなると平面アンテナユニット３５のゲインが向上する傾向になることが分かる。

次に、図１３に示すようにアンテナ素子３１のグランドからの高さＨを約６０ｍｍ（アンテナ装置１の高さは約６５ｍｍとなる。）に設計した場合と、図１４に示すようにアンテナ素子３１のグランドからの高さＨを約７０ｍｍ（アンテナ装置１の高さは約７５ｍｍとなる。）に設計し、平面アンテナユニット３５が「有り」と「無し」の場合のアンテナ素子３１の電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の周波数特性を図１６に示し、平面アンテナユニット３５が「有り」と「無し」の場合のアンテナ素子３１のアベレージゲインの周波数特性を図１７に示す。
図１６の横軸はＦＭ波帯の周波数範囲の周波数とされ、縦軸はＶＳＷＲとされている。図１６を参照すると、平面アンテナユニット３５が「無し」と「有り」の場合とでは共振点は不変であるが、平面アンテナユニット３５が「有り」の場合はＦＭ波帯においてＶＳＷＲはおよそ１〜２劣化している。これは、平面アンテナユニット３５の相互干渉による影響と思われる。また、図１７を参照すると平面アンテナユニット３５が「無し」と「有り」の場合とで、ＦＭ波帯におけるアベレージゲインはほぼ同様のゲイン値が得られており、平面アンテナユニット３５を配置したことによる影響はほぼ見られない。

また、図１８を参照すると、平面アンテナユニット３５が「無し」と「有り」の場合とでは共振点は不変であり、平面アンテナユニット３５が「有り」の場合の方がＦＭ波帯においてＶＳＷＲ値は向上している。さらに、図１９を参照すると平面アンテナユニット３５が「無し」と「有り」の場合とで、ＦＭ波帯におけるアベレージゲインはほぼ同様のゲイン値が得られており、平面アンテナユニット３５を配置したことによる影響はほぼ見られない。さらにまた、図１８に示すＶＳＷＲの周波数特性では図１６に示すＶＳＷＲの周波数特性よりはるかに良好なＶＳＷＲ値が広い周波数帯域にわたり得られており、図１９に示すゲイン特性では図１７に示すゲイン特性より２〜３ｄＢゲインが広い周波数帯域にわたり向上している。このように、アンテナ素子３１の高さＨを約７０ｍｍとすることにより、アンテナ装置１の電気的特性大幅に向上することができる。

次に、本発明の車載用にかかる第２実施例のアンテナ装置３の構成を図２０ないし図２２に示す。ただし、図２０は本発明にかかる第２実施例のアンテナ装置３の内部構成を示す平面図であり、図２１は本発明にかかる第２実施例のアンテナ装置３の内部構成を示す側面図であり、図２２はアンテナケースを省略して示す第２実施例のアンテナ装置３の内部構成を示す正面図である。
これらの図に示すように、本発明の第２実施例にかかるアンテナ装置３は、第１実施例のアンテナ装置１におけるアンテナ基板３０に替えてアンテナ部４０が備えられている。第２実施例のアンテナ装置３は、アンテナケース１０と、このアンテナケース１０内に収納されているアンテナベース２０と、アンテナベース２０に取り付けられているアンテナ部４０と、アンプ基板３４と、平面アンテナユニット３５から構成されている。アンテナケース１０の長手方向の長さは約２００ｍｍとされ、横幅は約７５ｍｍとされている。

アンテナケース１０は電波透過性の合成樹脂製とされており、先端に行くほど細くなると共に、側面も内側に絞った曲面とされた流線型の外形形状とされている。アンテナケース１０の下面は取り付けられる車両２の取付面の形状に合わせた形状とされている。アンテナケース１０内には、アンテナ基板３０を立設して収納できる空間と、アンプ基板３４をアンテナベース２０にほぼ平行に収納する空間が形成されている。アンテナケース１０の下面には金属製のアンテナベース２０が取り付けられている。そして、アンテナベース２０にアンテナ部４０が立設して固着されていると共に、アンテナ部４０の前方に位置するようにアンプ基板３４がアンテナベース２０に固着されている。また、アンテナ部４０における板状の絶縁スペーサ４２の下縁の中央部に矩形状の切欠４２ａが形成されており、この切欠４２ａ内に位置するように平面アンテナユニット３５がアンテナベース２０に取り付けられている。このアンテナベース２０をアンテナケース１０の下面に取り付けることにより、アンテナケース１０の内部空間にアンテナ部４０とアンプ基板３４と平面アンテナユニット３５とを収納することができる。
アンテナベース２０の構成は第１実施例のアンテナ装置１と同様とされているので、その説明は省略するが、アンテナベース２０のおもて面にはアンテナ部４０における絶縁スペーサ４２の下縁部を挟持することでアンテナ部４０を立設して保持する一対の基板固定部２３が形成されている。

アンテナ部４０は、ほぼ矩形とされた板状の絶縁スペーサ４２と、この絶縁スペーサ４２の上端に固着された断面が細長い菱形の導電性（例えば、金属製）の棒状とされたアンテナ素子４１から構成されている。絶縁スペーサ４２は高周波特性の良好な絶縁材からなり、下縁の中央部に矩形状の切欠４２ａが形成されている。アンテナ素子４１はＡＭ放送とＦＭ放送が受信可能とされ、厚みより縦方向の幅が大きくされた金属等の導電体、あるいは、絶縁体の全面に導電膜が形成されて構成されている。このアンテナ素子４１の下部が、絶縁スペーサ４２の上端に挟持されて一対の取付ネジ４３が締着されることにより、アンテナ素子４１が絶縁スペーサ４２の上端に固着されている。このように、アンテナ素子４１を極力高い位置に配置することによりアンテナ装置３の電気的特性を第１実施例と同様に向上することができる。なお、アンテナ素子４１の断面形状は菱形に限らず楕円形や多角形状としたり、板状のアンテナ素子４１とすることができる。さらに、アンテナ素子４１も超小型とされてインダクタ成分が小さくなることからＦＭ波帯にアンテナ素子４１を共振させることが困難となる。そこで、１μＨ〜３μＨ程度のアンテナコイル３２をアンテナ素子４１の給電点とアンプ基板３４におけるアンプの入力との間に直列に挿入することにより、アンテナ素子４１とアンテナコイル３２とからなるアンテナ部をＦＭ波帯付近で共振させるようにしている。このアンテナコイル３２が図２２に図示されている。さらにまた、アンプ基板３４に設けられているアンプは、アンテナ素子４１により受信されたＦＭ放送信号とＡＭ放送信号とを増幅して出力している。

上記したように、本発明の第２実施例のアンテナ装置３においてもＡＭ／ＦＭ受信用のアンテナ素子４１の直下に衛星ラジオ放送を受信する平面アンテナユニット３５が配置されている。平面アンテナユニット３５は、摂動素子を備え円偏波を受信可能なパッチ素子を有している。また、本発明の第２実施例のアンテナ装置３において、平面アンテナユニット３５が動作する衛星デジタルラジオの中心周波数の波長をλとした際に、アンテナ素子４１の下縁と平面アンテナユニット３５の上面の間隔Ｄを約０．２５λ以上としている。さらに、アンテナ素子４１の長さＬを、およそ０．５λ程度、或いはそれ以下とし、アンテナ素子４１の高さ方向の幅ｈを、およそ０．２λ〜０．２５λ程度、或いは約０．２λ以下としている。さらにまた、アンテナ素子４１は厚みより縦方向の幅が大きくされ、その厚さは１〜２ｍｍの板状、あるいは６０〜百数十分の一λ程度の棒状としている。
アンテナ素子４１の寸法・位置関係をこのようにすることにより、アンテナ素子４１と平面アンテナユニット３５が、相互に影響を及ぼすことが低減され、それぞれ単独で存在する場合の各アンテナと同等の電気的特性を示すことが可能となる。

以上説明した本発明にかかるアンテナ装置は、アンテナ素子をグラウンドからなるべく離して高い位置に配置すると共に、その直下に平面アンテナユニットを配置することにより、アンテナ素子によりＦＭ放送およびＡＭ放送を良好に受信することができると共に、衛星ディジタルラジオ放送を平面アンテナユニットにより良好に受信することができるようになる。なお、衛星デジタルラジオ放送はＳＤＡＲＳに限るものではなく、種々の周波数帯の衛星ラジオ放送を受信できるようにしてもよい。
また、本発明にかかるアンテナ装置は車両のルーフやトランクに取り付けられる車載用としたが、これに限るものではなく少なくともＦＭ帯を受信するアンテナ装置であれば適用することができる。

本発明の実施例にかかるアンテナ装置を取り付けた車両の構成を示す図である。 本発明にかかる第１実施例のアンテナ装置の構成を示す側面図である。 本発明にかかる第１実施例のアンテナ装置の構成を示す平面図である。 本発明にかかる第１実施例のアンテナ装置の内部構成を示す平面図である。 本発明にかかる第１実施例のアンテナ装置の内部構成を示す側面図である。 本発明の第１実施例のアンテナ装置にかかるアンテナケースを省略して示す内部構成を示す正面図である。 本発明の第１実施例のアンテナ装置における平面アンテナユニットの仰角が２０°の時のゲイン特性を示す図である。 本発明の第１実施例のアンテナ装置における平面アンテナユニットの仰角が３０°の時のゲイン特性を示す図である。 本発明の第１実施例のアンテナ装置における平面アンテナユニットの仰角が４０°の時のゲイン特性を示す図である。 本発明の第１実施例のアンテナ装置における平面アンテナユニットの仰角が５０°の時のゲイン特性を示す図である。 本発明の第１実施例のアンテナ装置における平面アンテナユニットの仰角が６０°の時のゲイン特性を示す図である。 本発明の第１実施例のアンテナ装置における平面アンテナユニットの仰角が２０°の時の放射指向特性を示す図である。 本発明にかかる第１実施例のアンテナ装置においてアンテナ素子の高さを６０ｍｍとした時の内部構成を示す側面図である。 本発明にかかる第１実施例のアンテナ装置においてアンテナ素子の高さを７０ｍｍとした時の内部構成を示す側面図である。 本発明にかかる第１実施例のアンテナ装置においてアンテナ素子の高さを変えた時の平面アンテナユニットのゲイン特性を示す図である。 本発明にかかる第１実施例のアンテナ装置においてアンテナ素子の高さを６０ｍｍとし平面アンテナユニット有／無のＶＳＷＲの周波数特性を示す図である。 本発明にかかる第１実施例のアンテナ装置においてアンテナ素子の高さを６０ｍｍとし平面アンテナユニット有／無のゲインの周波数特性を示す図である。 本発明にかかる第１実施例のアンテナ装置においてアンテナ素子の高さを７０ｍｍとし平面アンテナユニット有／無のＶＳＷＲの周波数特性を示す図である。 本発明にかかる第１実施例のアンテナ装置においてアンテナ素子の高さを７０ｍｍとし平面アンテナユニット有／無のゲインの周波数特性を示す図である。 本発明にかかる第２実施例のアンテナ装置の内部構成を示す平面図である。 本発明にかかる第１実施例のアンテナ装置の内部構成を示す側面図である。 本発明の第２実施例のアンテナ装置にかかるアンテナケースを省略して示す内部構成を示す正面図である。 従来のアンテナ装置を車両に取り付けた構成を示す図である。 従来のアンテナ装置の内部構成を示す平面図である。 従来のアンテナ装置の内部構成を示す側面図である。 従来のアンテナ装置における平面アンテナユニットの仰角が２０°の時の放射指向特性を示す図である。

符号の説明

１ アンテナ装置、２ 車両、３ アンテナ装置、１０ アンテナケース、２０ アンテナベース、２１ ボルト部、２２ ケーブル引出口、２３ 基板固定部、２４ ボス、２５ 取付孔、３０ アンテナ基板、３０ａ 切欠、３１ アンテナ素子、３２ アンテナコイル、３４ アンプ基板、３５ 平面アンテナユニット、４０ アンテナ部、４１ アンテナ素子、４２ 絶縁スペーサ、４２ａ 切欠、４３ 取付ネジ、１０１ アンテナ装置、１０２ 車両、２００ アンテナ装置、２１０ アンテナケース、２２０ アンテナベース、２２１ ボルト部、２２２ ケーブル引出口、２３０ アンテナ基板、２３１ アンテナ素子、２３４ アンプ基板、２３５ 平面アンテナユニット

Claims (4)

1. 立設されて配置され面状のアンテナ素子が形成されているアンテナ基板と、
   前記アンテナ素子により受信された少なくともＦＭ波帯の信号を増幅するアンプが設けられ、前記アンテナ基板と重ならないように配置されているアンプ基板と、
   前記アンテナ素子の直下であって、前記アンテナ素子の面とほぼ直交するよう配置されている平面アンテナユニットと、
   前記アンテナ素子の給電点と、前記アンプ基板における前記アンプの入力との間に挿入されているアンテナコイルと、
   前記アンテナ基板、前記アンプ基板、前記平面アンテナユニットおよび前記アンテナコイルが収納され、車両に取り付けられるアンテナケースとを備え、
   前記平面アンテナユニットの動作周波数帯の中心周波数の波長をλとした際に、前記平面アンテナユニットの上面と前記アンテナ素子の下端との間隔が約０．２５λ以上とされていることを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記アンテナ基板、前記アンプ基板および前記平面アンテナユニットはアンテナベースに取り付けられており、該アンテナベースに前記アンテナケースが嵌着されることにより、前記アンテナケース内に前記アンテナ基板、前記アンプ基板、前記平面アンテナユニットおよび前記アンテナコイルが収納されることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
3. 厚みより縦方向の幅が大きくされている板状あるいは棒状のアンテナ素子を支持する絶縁支持手段と、
   前記アンテナ素子により受信された少なくともＦＭ波帯の信号を増幅するアンプが設けられ、前記アンテナ基板と重ならないように配置されているアンプ基板と、
   前記アンテナ素子の直下であって、前記アンテナ素子の縦方向の軸とほぼ直交するよう配置されている平面アンテナユニットと、
   前記アンテナ素子の給電点と、前記アンプ基板における前記アンプの入力との間に挿入されているアンテナコイルと、
   前記アンテナ素子を支持している前記絶縁支持手段、前記アンプ基板、前記平面アンテナユニットおよび前記アンテナコイルが収納され、車両に取り付けられるアンテナケースとを備え、
   前記平面アンテナユニットの動作周波数帯の中心周波数の波長をλとした際に、前記平面アンテナユニットの上面と前記アンテナ素子の下端との間隔が約０．２５λ以上とされていることを特徴とするアンテナ装置。
4. 前記アンテナ素子を支持している前記絶縁支持手段、前記アンプ基板および前記平面アンテナユニットはアンテナベースに取り付けられており、該アンテナベースに前記アンテナケースが嵌着されることにより、前記アンテナケース内に前記アンテナ素子を支持している前記絶縁支持手段、前記アンプ基板、前記平面アンテナユニットおよび前記アンテナコイルが収納されることを特徴とする請求項３記載のアンテナ装置。

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