JP2012028906A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 設置スペースを大きくすることなく、２種類の周波数帯域の電波を送受信できるアンテナ装置を提供すること。
【解決手段】 第１の周波数帯域の電波を送受信する第１のループ状アンテナ素子（１４１，１４２）と、第１の周波数帯域よりも高い第２の周波数帯域の電波を送受信する第２のループアンテナ素子（１４３）と、から成るアンテナ装置（１０）において、第２のループアンテナ素子（１４３）は第１のループ状アンテナ素子（１４１，１４２）の内部に配置されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、アンテナ装置に関し、特に、自動車等の移動体において、異なる２つの電話用周波数帯域の電波を送受信するために用いられる車載用アンテナ装置に関する。

この種の車載用アンテナ装置として、自動車のフロントガラスやリアウィンドウ等に装着されるフィルムアンテナ装置が知られている。

例えば、特開２００５−２２９１４０号公報（特許文献１）は、自動車等移動体の窓ガラス面に配設する線条アンテナを開示している。この特許文献１に開示された車両用アンテナは、第１の給電点より延ばした送受信電波の１／４波長または３／４波長の長さの第１のエレメントと、第１の給電点の近傍に第２の給電点を設け、この第２の給電点より第１のエレメントを取り囲むように延ばした送受信電波の１波長以上の長さを有する閉ループ状の第２のエレメントとからなる。車両用アンテナは、周波数帯域８００ＭＨｚ帯の携帯電話帯域用のアンテナである。

また、特開２００６−２７０６０２号公報（特許文献２）は、地上波を受信する無指向性アンテナを開示している。この特許文献２に開示された無指向性アンテナは、自動車の誘電体で構成された部分であるフロントウインドウにループ状素子を設け、自動車を構成する導体である左右のピラーに近い部分に、ループ状の給電点を設置して構成している。

さらに、特開２０１０−７４６５６号公報（特許文献３）は、車両前方から到来する電波と車両横方向から到来する電波を効率良く受信可能な、少なくとも２つのアンテナから構成される組アンテナを開示している。この特許文献３に開示された組アンテナは、矩形状のループアンテナとモノポールアンテナととから構成される。モノポールアンテナは、ループアンテナの左右の肩部の一方と並行な隣接部分を備える矩形ループ導体と、この矩形ループ導体の長手方向の導体の一方に形成された給電端子に隣接する給電端子から矩形ループ導体に対して垂直な方向に延長された線状導体とを備える。

また、特開平６−１２０７１７号公報（特許文献４）は、ウィンドウガラスにプリント配線され、アンテナ線を巻回して成るループを２基接続して成る双ループアンテナを開示している。この特許文献４に開示された双ループアンテナでは、一方のループのループ長と他方のループ長とを異ならせている。

尚、携帯電話の使用周波数として、次の４つ帯域が知られている。その１つ目は、ＧＳＭ（Global System for Mobile Communications）帯であって、８８０〜９６０ＭＨｚである。２つ目は、ＤＣＳ（Digital Cellular System）帯であって、１７１０〜１８８０ＭＨｚである。３つ目は、ＰＣＳ（Personal Communication System）帯であって、１８５０〜１９９０ＭＨｚである。最後の４つ目は、ＵＭＴＳ（Universal Mobile Telecommunications System）帯であって、１９２０〜２１７０ＭＨｚである。

本明細書中では、９００ＭＨｚ近傍のＧＳＭ帯を第１の周波数帯域と称し、２ＧＨｚに近傍のＤＣＳ帯、ＰＣＳ帯、およびＵＭＴＳ帯を第２の周波数帯域と総称することにする。

特開２００５−２２９１４０号公報（図１） 特開２００６−２７０６０２号公報（図１） 特開２０１０−７４６５６号公報（図３） 特開平６−１２０７１７号公報

しかしながら、上記特許文献１および特許文献２に開示されたアンテナ装置は、１つの周波数帯域に対応した（をカバーする）ものであるため、用途によって対応した周波数帯域をカバーするアンテナ装置を取り付ける必要がある。上記特許文献３に開示された組アンテナも、１つの周波数帯域に対応した（をカバーする）ものである。

近年、電話、地上デジタル放送、ＦＭラジオなど車両に要求されるアンテナ装置の用途は多岐にわたっており、車両に取り付けるアンテナ装置の個数も増加している。

上記特許文献４に開示された双ループアンテナは、２種類の異なる中心周波数を有する帯域を得ることができる。しかしながら、２つのループが重複することなく、異なる方向へ延在しているので、設置スペースが大きくなるという問題がある。

したがって、本発明の解決すべき課題は、設置スペースを大きくすることなく、２種類の周波数帯域の電波を送受信できるアンテナ装置を提供することにある。

本発明によれば、第１の周波数帯域の電波を送受信する第１のループ状アンテナ素子（１４１，１４２；１４１Ａ）と、第１の周波数帯域よりも高い第２の周波数帯域の電波を送受信する第２のループアンテナ素子（１４３）と、から成るアンテナ装置（１０；１０Ａ）であって、第２のループアンテナ素子（１４３）は第１のループ状アンテナ素子（１４１，１４２；１４１Ａ）の内部に配置されていることを特徴とするアンテナ装置が得られる。

上記アンテナ装置において、第１のループ状アンテナ素子（１４１，１４２；１４１Ａ）は、その両端に第１および第２の給電点（１４１ａ、１４１ｂ）を持ち、第２のループアンテナ素子(１４３)は、その両端に第３および第４の給電点（１４３ａ、１４３ｂ）を持ち、第１の給電点（１４１ａ）および第３の給電点（１４３ａ）が第１の給電端子（１４６）に接続され、第２の給電点（１４１ｂ）および第４の給電点（１４３ｂ）が第２の給電端子（１４７）に接続されていることが好ましい。第１のループ状アンテナ素子は、ループアンテナ素子（１４１Ａ）から構成されてよい。その代わりに、第１のループ状アンテナ素子は、互いに対向する一対の近接端に第１および第２の給電点を持つダイポールアンテナ素子（１４１）と、このダイポールアンテナ素子から離間して、第２のループアンテナ素子（１４３）を囲むように配置されたループ状の寄生素子（１４２）と、から構成されてもよい。アンテナ装置（１０；１０Ａ）は、中心導体（４１）と外部導体（４２）とを持つ同軸ケーブル（４０）を更に備えてよい。この場合、中心導体（４１）が第１の給電端子（１４６）に接続され、外部導体（４２）が第２の給電端子（１４７）に接続される。第１の周波数帯域は、ＧＳＭ帯をカバーするものあってよく、第２の周波数帯域は、ＤＣＳ帯、ＰＣＳ帯、およびＵＭＴＳ帯をカバーするものであってよい。

尚、上記括弧内の符号は、本発明の理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、これらに限定されないのは勿論である。

本発明では、第２のループアンテナ素子を第１のループ状アンテナ素子の内部に配置しているので、設置スペースを大きくすることなく、２種類の周波数帯域の電波を送受信できる。

本発明の第１の実施の形態に係る車載用アンテナ装置を、自動車のフロンドガラスに取り付けた状態を車室内側から見た斜視図である。 図１に図示した車載用アンテナ装置の概略斜視図である。 図２のIII-III線の断面図である。 図２のIV-IV線の断面図である。 図２に図示された車載用アンテナ装置において、寄生素子がある場合と無い場合のＶＳＷＲ特性を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る車載用アンテナ装置を概略斜視図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１乃至図４を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る車載用アンテナ装置１０について説明する。図示の車載用アンテナ装置１０は、第１の周波数帯域の電波と第２の周波数帯域の電波とを送受信するために用いられる電話用アンテナ装置であって、自動車のフロントガラスやリアウィンドウ等に装着されるフィルムアンテナ装置である。

図示の例において、第１の周波数帯域は、ＧＳＭ帯（８８０〜９６０ＭＨｚ）をカバーする帯域に相当し、第２の周波数帯域は、ＤＣＳ帯（１７１０〜１８８０ＭＨｚ）、ＰＣＳ帯（１８５０〜１９９０ＭＨｚ）、およびＵＭＴＳ帯（１９２０〜２１７０ＭＨｚ）をカバーする帯域に相当する。

図１は車載用アンテナ装置１０を、自動車２０のフロンドガラス２２に取り付けた状態を車室内側から見た斜視図である。図２は車載用アンテナ装置１０の概略斜視図である。図３は図２のIII-III線の断面図であり、図４は図２のIV-IV線の断面図である。

説明の都合上、図２の状態において、前後方向（縦方向）をＸ軸方向に取り、左右方向（横方向）をＹ軸方向に取り、上下方向（高さ方向、厚さ方向）をＺ軸方向に取っている。但し、実際には、図示の車載用アンテナ装置１０は、図１に示されるように、自動車２０の取付対象であるガラス面（フロントガラス）２２に貼着されるので、ここでの座標系は実際に自動車２０に搭載された状態の、車載用アンテナ装置１０の座標系ではないことに注意されたい。

図１は、左ハンドルの自動車２０のフロンドガラス２２に、車載用アンテナ装置１０を取り付けた状態を示している。車載用アンテナ装置１０は、自動車２０のルーフ２４の近傍のフロントガラス２２上の右側（右側のピラー２６Ｒ側）に取り付けられている。

尚、自動車２０が右ハンドルの場合、車載用アンテナ装置１０は、自動車２０のルーフ２４の近傍のフロントガラス２２上の左側（左側のピラー２６Ｌ側）に取り付けられる。

車載用アンテナ装置１０の第１および第２の給電端子１４６、１４７（後述する）は、コネクタ３０の第１および第２の接続端子（図示せず）にそれぞれ接続される。コネクタ３０の第１および第２の接続端子は、後述するように、同軸ケーブル４０の中心導体４１および外部導体４２にそれぞれ接続される。すなわち、コネクタ３０は、車載用アンテナ装置１０と同軸ケーブル４０とを結合するための装置である。このコネクタ３０から引き出された同軸ケーブル４０は、自動車２０のルーフ２４、右側のピラー２６Ｒ、およびフロントパネル２８の内部の隙間を介して、車室内の送受信機（図示せす）に接続される。

図２乃至図４に示されるように、車載用アンテナ装置１０は、矩形（長方形）の下側剥離フィルム（下側セパレータ）１１と、この下側剥離フィルム（下側セパレータ）１１上に形成された接着層１２と、この接着層１２上に形成された反射防止層１３と、この反射防止層１３上に形成された電極層１４と、この電極層１４上に形成された保護膜層１５と、この保護膜層１５を覆う上側剥離フィルム（上側セパレータ）（図示せず）とから構成される。この上側剥離フィルム（上側セパレータ）は、上記矩形（長方形）の下側剥離フィルム（下側セパレータ）１１と同一の矩形（長方形）の形状をしている。反射防止層１３は、日光の反射を防止するためのものである。

下側剥離フィルム（下側セパレータ）１１は、前辺１１ｆと、背辺１１ｂと、右側辺１１ｒｓと、左側辺１１ｌｓとを持つ。

図２は、下側剥離フィルム（下側セパレータ）１１上に形成された電極層１４のパターンのみを図示しているが、接着層１２および反射防止層１３のパターンも、この電極層１４のパターンと同一の形状をしている。一方、保護膜層１５は、後述する第１および第２の給電端子を除いて、電極層１４を保護するようなパターンを持っている。

以下、図２を参照して、電極層１４のパターン（アンテナパターン）について詳細に説明する。

アンテナパターンは、前後方向Ｘに延在する中心線ＣＬに関して対称な図形（形状）をしている。電極層１４の線幅は、送受信すべき電波の波長に比べて十分に細い。

図示のアンテナパターンは、ダイポールアンテナ素子１４１と、矩形状（ループ状）の寄生素子１４２と、ループアンテナ素子１４３とから構成される。ダイポールアンテナ素子１４１は、下側剥離フィルム（下側セパレータ）１１の背辺１１ｂ近傍で、中心線ＣＬから離間して互いに離れるように左右方向（Ｙ軸方向）へ延在している。矩形状（ループ状）の寄生素子１４２は、このダイポールアンテナ素子１４１から離間して、下側剥離フィルム（下側セパレータ）１１の４辺（背辺１１ｂ、右側辺１１ｒｓ、前辺１１ｆ、左側辺１１ｌｓ）に沿って延在している。ループアンテナ素子１４３は、この寄生素子１４２の内部に配置されたている。したがって、ループ状の寄生素子１４２は、ループアンテナ素子１４３を囲むように配置されている。

ダイポールアンテナ素子１４１は、第１の共振素子とも呼ばれ、ループアンテナ素子１４３は、第２の共振素子とも呼ばれる。ループ状の寄生素子１４２は、第１の共振素子１４１を広帯域化するためのものである。ダイポールアンテナ素子（第１の共振素子）１４１とループ状の寄生素子１４２との組み合わせは、第１のループ状アンテナ素子と呼ばれる。すなわち、第１のループ状アンテナ素子（１４１，１４２）は、広帯域化のために、ダイポールアンテナ素子１４１にループ状の寄生素子１４２を電磁結合させたアンテナ素子である。また、ループアンテナ素子１４３は、第２のループアンテナ素子とも呼ばれる。

この第１のループ状アンテナ素子（１４１，１４２）は、第１の周波数帯域の電波を送受信ためのものである。一方、第２のループアンテナ素子１４３は、第１の周波数帯域よりも高い第２の周波数帯域の電波を送受信するためのものである。

第１のループ状アンテナ素子（１４１，１４２）は、その両端（すなわち、ダイポールアンテナ素子１４１の互いに対向する一対の近接端）に、第１の給電点１４１ａおよび第２の給電点１４２ｂを持つ。第２のループアンテナ素子１４３は、ダイポールアンテナ素子１４１に近接する側の両端に、第３の給電点１４３ａおよび第４の給電点１４３ｂを持つ。

ダイポールアンテナ素子（第１の共振素子）１４１と第２のループアンテナ素子（第２の共振素子）１４３との間に、第１の給電端子１４６と第２の給電端子１４７とが形成されている。

第１の給電点１４１ａと第３の給電点１４３ａとは、第１の給電端子１４６に接続されている。第２の給電点１４１ｂと第４の給電点１４３ｂとは、第２の給電端子１４７に接続されている。

上述したように、電極層１４のアンテナパターンは、ダイポールアンテナ素子（第１の共振素子）１４１と、ループ状の寄生素子１４２と、第２のループアンテナ素子（第２の共振素子）１４３と、第１の給電端子１４６と、第２の給電端子１４７とから構成されている。

一方、同軸ケーブル４０は、その中央にある中心導体４１と、中心導体４１を囲む円筒状の外部導体４２とからなる同軸形状の電気信号伝送媒体である。中心導体４１と外部導体４２との間は円筒状の絶縁体４３で絶縁されている。また、外部導体４２はシース４４で覆われている。

図２に示されるように、同軸ケーブル４０の先端部４０ａは、シース４４、外部導体４２、および絶縁体４３がカットされている。したがって、同軸ケーブル４０は、先端部４０ａで、中心導体４１と外部導体４２とが外部に露出している。

同軸ケーブル４０の先端部４０ａは、図１に示されるようにコネクタ３０に挿入されている。同軸ケーブル４０の中心導体４１は、コネクタ３０の第１の接続端子（図示せず）を介して、第１の給電端子１４６に接続される。同軸ケーブル４０の外部導体４２は、コネクタ３０の第２の接続端子（図示せず）を介して、第２の給電端子１４７に接続される。

このような構成の車載用アンテナ装置１０は、図１に示されるように、背辺１１ｂが上端となるように、フロントガラス２２に貼り付けられる。詳述すると、下側剥離フィルム（下側セパレータ）１１を剥がして、車載用アンテナ装置１０をフロントガラス２２に貼り付ける。その後、上側剥離フィルム（上側セパレータ）を剥がす。これにより、第１および第２の給電端子１４６および１４７のみが保護膜層１５から露出する。したがって、車載用アンテナ装置１０をフロントガラス２２に貼った状態では、下側剥離フィルム（下側セパレータ）１１と上側剥離フィルム（上側セパレータ）とが剥がされるので、実質的に電極層１４のアンテナパターンの形状（実際には、接着層１２、反射防止層１３、電極層１４、および保護膜層１５）のみがフロントガラス２２のガラス面上に残ることになる。換言すれば、電極層１４のアンテナパターンの無い部分は中抜きで、フロントガラス２２のガラス面が露出することになる。

その後、コネクタ３０を車載用アンテナ装置１０に取り付ける（結合する）。その際、コネクタ３０の第１および第２の接続端子が、それぞれ、車載用アンテナ装置１０の第１および第２の給電端子１４６および１４７に接続される。同軸ケーブル４０の先端部４０ａは、コネクタ３０内に挿入されており、上述したように、同軸ケーブル４０の中心導体４１及び外部導体４２は、それぞれ、コネクタ３０の第１および第２の接続端子に接続されている。そして、コネクタ３０から引き出された同軸ケーブル４０は、図１に示されるように、自動車２０のルーフ２４、右側のピラー２６Ｒ、およびフロントパネル２８の内部の隙間を介して、車室内の送受信機（図示せす）に接続される。

図５は、図２に図示された車載用アンテナ装置１０において、寄生素子１４２がある場合と無い場合のＶＳＷＲ特性を示す。図５において、横軸は周波数（Frequency）［ＭＨｚ］を示し、縦軸はＶＳＷＲを示す。図５において、実線が寄生素子１４２がある場合のＶＳＷＲ特性を示し、破線が寄生素子１４２がない場合のＶＳＷＲ特性を示す。

また、図５において、低い周波数側の矩形で囲んだ周波数範囲は、第１の共振素子（ダイポールアンテナ素子）１４１による共振を示し、高い周波数側の矩形で囲んだ周波数範囲は、第２の共振素子（第２のループアンテナ素子）１４３による共振を示している。

図５から、第１の共振素子（ダイポールアンテナ素子）１４１による共振は、ＧＳＭ帯（８８０〜９６０ＭＨｚ）をカバーし、第２の共振素子（第２のループアンテナ素子）１４３による共振は、ＤＣＳ帯（１７１０〜１８８０ＭＨｚ）、ＰＣＳ帯（１８５０〜１９９０ＭＨｚ）、およびＵＭＴＳ（１９２０〜２１７０ＭＨｚ）をカバーしていることが分かる。また、寄生素子１４２を設けることにより、第１の共振素子（ダイポールアンテナ素子）１４１による共振の広帯域化が図れることが分かる。

次に、第１の実施の形態による車載用アンテナ装置１０の効果について説明する。

第１の効果は、スペースを有効に活用することにより、小型化が実現できることである。その理由は、第１のループ状アンテナ素子（１４１，１４２）の内部（スペース）に、第２のループアンテナ素子１４３を追加しているので、同一サイズで２つの用途の電波を送受信することが可能となったからである。

第２の効果は、同軸ケーブルを追加する必要がなく、低コスト化を実現できることである。その理由は、第１のループ状アンテナ素子（１４１，１４２）の一対の給電点１４１ａ、１４１ｂが接続される一対の給電端子１４６、１４７に、第２のループアンテナ素子１４３の一対の給電点１４３ａ、１４３ｂも接続しているからである。

図６を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る車載用アンテナ装置１０Ａについて説明する。図６は、車載用アンテナ装置１０Ａの概略斜視図である。

図示の車載用アンテナ装置１０Ａは、第１のループ状アンテナ素子の形状が後述するように相違している点を除いて、図２に示した車載用アンテナ装置１０と同様の構成を有する。したがって、第１のループ状アンテナ素子に１４１Ａの参照符号を付している。図２に示したものと同様の機能を有するものには同一の参照符号を付し、説明の簡略化のために、それらの説明は省略する。

第１のループ状アンテナ素子１４１Ａは、ループアンテナ素子から構成されている。すなわち、ループアンテナ素子１４１Ａは、下側剥離フィルム（下側セパレータ）１１の４辺（背辺１１ｂ、右側辺１１ｒｓ、前辺１１ｆ、左側辺１１ｌｓ）に沿って延在している。ループアンテナ素子１４１Ａは、その両端（すなわち、互いに対向する一対の近接端）に、第１および第２の給電点１４１ａおよび１４１ｂを持つ。

本発明者らは、車載用アンテナ装置１０ＡのＶＳＷＲ特性が、図５の破線で示されるＶＳＷＲ特性と同等であることを確認している。

次に、第２の実施の形態による車載用アンテナ装置１０Ａの効果について説明する。

第１の効果は、スペースを有効に活用することにより、小型化が実現できることである。その理由は、第１のループ状アンテナ素子１４１Ａの内部（スペース）に、第２のループアンテナ素子１４３を追加しているので、同一サイズで２つの用途の電波を送受信することが可能となったからである。

第２の効果は、同軸ケーブルを追加する必要がなく、低コスト化を実現できることである。その理由は、第１のループ状アンテナ素子１４１Ａの一対の給電点１４１ａ、１４１ｂが接続される一対の給電端子１４６、１４７に、第２のループアンテナ素子１４３の一対の給電点１４３ａ、１４３ｂも接続しているからである。

以上、本発明について好ましい実施の形態によって説明してきたが、本発明は上述した実施の形態に限定しないのは勿論である。例えば、上述した実施の形態では、ループ状アンテナ素子（ループアンテナ素子）の形状が矩形（四角形）をしているが、それに限定されず、多角形や円形であってよい。また、上述した実施の形態では、電極層のアンテナパターンがフィルム上に形成されているが、アンテナパターンを自動車の窓ガラスの表面に直接印刷してもよい。

１０、１０Ａ 車載用アンテナ装置
１１ 下側剥離フィルム（下側セパレータ）
１１ｆ 前辺
１１ｂ 背辺
１１ｒｓ 右側辺
１１ｌｓ 左側辺
１２ 接着層
１３ 反射防止層
１４ 電極層
１４１ ダイポールアンテナ素子（第１の共振素子）
１４１Ａ 第１のループ状アンテナ素子（ループアンテナ素子）
１４１ａ 第１の給電点
１４１ｂ 第２の給電点
１４２ 寄生素子
１４３ 第２のループアンテナ素子
１４３ａ 第３の給電点
１４３ｂ 第４の給電点
１４６ 第１の給電端子
１４７ 第２の給電端子
１５ 保護膜層
２０ 自動車
２２ フロントガラス
２４ ルーフ
２６Ｒ 右側ピラー
２６Ｌ 左側ピラー
２８ フロントパネル
３０ コネクタ
４０ 信号ケーブル（同軸ケーブル）
４０ａ 先端部
４１ 中心導体（内部導体）
４２ 外部導体
ＣＬ 中心線

Claims (6)

1. 第１の周波数帯域の電波を送受信する第１のループ状アンテナ素子と、
   前記第１の周波数帯域よりも高い第２の周波数帯域の電波を送受信する第２のループアンテナ素子と、
   から成るアンテナ装置であって、
   前記第２のループアンテナ素子は前記第１のループ状アンテナ素子の内部に配置されていることを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記第１のループ状アンテナ素子は、その両端に第１および第２の給電点を持ち、
   前記第２のループアンテナ素子は、その両端に第３および第４の給電点を持ち、
   前記第１の給電点および前記第３の給電点が第１の給電端子に接続され、
   前記第２の給電点および前記第４の給電点が第２の給電端子に接続されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記第１のループ状アンテナ素子は、ループアンテナ素子から構成されることを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 前記第１のループ状アンテナ素子は、
   互いに対向する一対の近接端に前記第１および前記第２の給電点を持つダイポールアンテナ素子と、
   該ダイポールアンテナ素子から離間して、前記第２のループアンテナ素子を囲むように配置されたループ状の寄生素子と、
   から構成される請求項２に記載のアンテナ装置。
5. 中心導体と外部導体とを持つ同軸ケーブルを更に備え、
   前記中心導体が前記第１の給電端子に接続され、前記外部導体が前記第２の給電端子に接続される、
   請求項２乃至４のいずれか１つに記載のアンテナ装置。
6. 前記第１の周波数帯域は、ＧＳＭ帯をカバーし、
   前記第２の周波数帯域は、ＤＣＳ帯、ＰＣＳ帯、およびＵＭＴＳ帯をカバーする、
   請求項１乃至５のいずれか１つに記載のアンテナ装置。

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