JP3320313B2 - アンテナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は接地板に設けられた
給電部にアンテナ素子の基部が接続され、接地板の一面
側にアンテナ素子の先端部が延出するアンテナに関す
る。さらに詳しくは、接地板から延出するアンテナ素子
の先端部と接地板との距離が小さくても放射抵抗を大き
く維持することができるアンテナに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、たとえば車載用アンテナは接地板
となる車のボディの給電部が設けられた部分から垂直方
向に延出されＡＭ、ＦＭ、ＴＶなどの電波を受信できる
ようになっている。このアンテナは受信する電波の波長
に応じて約１／２波長または約１／４波長などの定まっ
た長さが必要であるため、とくに周波数の低い電波を受
信するためにはその全長が長くなり、車載用として用い
る場合には走行の邪魔になったり、取り扱いにくいとい
う問題がある。そのため、アンテナ素子をヘリカル状に
して外形的寸法を短くしたり、アンテナ素子を接地板の
上で横向きにしたりして、接地板からのアンテナ素子の
先端部までの高さを低くする、すなわちアンテナの背丈
を低くする低背形アンテナが用いられている。

【０００３】しかし、一方でアンテナの背丈をあまり低
くすると、アンテナ素子からの放射抵抗が低下し、アン
テナとしての性能が低下するという問題が発生する。こ
のアンテナ素子からの放射抵抗の低下を、アンテナ素子
への給電側の回路で整合をとって防ごうとしても、回路
内の抵抗により損失を受け、損失抵抗が増加するという
問題がある。この回路内の損失抵抗を増加させないよう
にするため、マッチングコイルに超伝導素子を用いて整
合をとる方法も提案されているが、超伝導素子は冷却が
必要で高価であると共に、加工調整が困難であり、超伝
導素子を用いる方法は実用的でない。そのため、実用的
なアンテナで一定の背丈以下に低くすることができな
い。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、接地板
の上方にアンテナ素子が延びるアンテナは、その背丈が
低いことが望まれるが、背丈を低くすると、アンテナの
性能が低下し、ある程度の性能を維持するためには一定
の背丈以下にすることができないという問題がある。

【０００５】本発明は、このような問題を解決するため
になされたもので、接地板からのアンテナの背丈を低く
した低背形アンテナでも、性能を低下させないアンテナ
を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、接地板上
に延出するアンテナの背丈を低くした場合に、アンテナ
の放射抵抗が低下するのを防止するため鋭意検討を重ね
た結果、放射抵抗が低下する原因は、図４（ａ）〜
（ｂ）にアンテナ素子１と接地板２との間の電気力線が
示されるように、アンテナの背丈が短くなるとアンテナ
素子の先端部１ｂと接地板２との間の容量も大きくな
り、放射空間が小さくなるためであることを見出した。
すなわち、背丈の高いアンテナ（図４（ａ）参照）では
アンテナ素子１から接地板２に達する電気力線が遠くま
で延びて放射空間が広くなるのに対して、背丈の低いア
ンテナ（図４（ｂ）参照）ではアンテナ素子１の先端部
１ｂからの電気力線も接地板２に達しやすく、放射空間
が局所化されるためである。なお、図４において、３は
給電部で、１ａはアンテナ素子１の基部ある。本発明者
らはさらに鋭意検討を重ねた結果、アンテナ素子と接地
板との対向する空間部に金属板を配設し、電気力線がこ
の金属板を迂回するようにすることにより、放射抵抗が
低下するのを防止することができ、アンテナの性能を高
く維持できることを見出した。

【０００７】ここにアンテナ素子と接地板との対向する
空間部とは、アンテナ素子と接地板とが平行または傾斜
の位置関係にあるときはその間の空間を意味し、アンテ
ナ素子と接地板とが垂直関係にあるときはアンテナ素子
の周囲の接地板上の空間を意味する。

【０００８】本発明によるアンテナは、接地板と、該接
地板に設けられた給電部と、該給電部に基部が接続され
前記接地板の一面側に先端部が延出するアンテナ素子
と、該アンテナ素子および前記接地板の対向する空間部
に、前記アンテナ素子とは離間して設けられ、アンテナ
素子からの電気力線を遮蔽する金属板とからなり、前記
金属板と前記接地板との間にインピーダンス素子が接続
されている。

【０００９】このような構成にすることにより、金属板
にはアンテナ素子の高周波電位が誘起され、アンテナと
高周波的に同電位となり、アンテナ素子から接地板に向
かう電気力線は金属板を貫通することができず、金属板
を迂回することになる。そのため、アンテナ素子の背丈
が低くても、アンテナ素子の先端部からの電気力線は金
属板を迂回して遠くなり、背丈が高い場合と同様の作用
をする。したがって、放射抵抗が大きくなり、アンテナ
性能を高く維持することができる。さらに、前記金属板
と前記接地板との間にインピーダンス素子が接続されて
いることにより、接地板との間のインピーダンスを調整
して金属板をアンテナ素子と同電位にすることができ
る。

【００１０】

【００１１】さらに、そのインピーダンス素子を前記金
属板と接地板との間に生じる容量と共に並列共振をする
ようなインピーダンスに設定することにより、両者間の
インピーダンスが無限大になり、金属板を接地板から電
気的に完全に浮かせてアンテナ素子からの電界により誘
起した高周波電位を保持し、アンテナと同電位とするこ
とができるので、アンテナ素子からの電気力線を金属板
の外周まで遠ざけることができて好ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】つぎに、図面を参照しながら本発
明のアンテナについて説明をする。

【００１３】図１は本発明のアンテナの原理を説明する
ための模式図で、図２はその金属板と接地板との間のイ
ンピーダンスを等価回路的に示した図である。

【００１４】図１において、１はアンテナ素子で、低背
形アンテナとするためにヘリカル状またはアンテナ線の
軸方向に折返し部が形成され、その高さが低く形成され
ている。しかし、アンテナ素子の全体の電気長は、送受
信をしようとする信号の波長の約１／４または約１／２
の長さに形成されている。このアンテナ素子１の基部１
ａは、アンテナが取り付けられる装置の筐体などである
接地板（以下、地板という）２に設けられた給電部３に
接続され、その先端部１ｂは、この例では地板２と垂直
方向に延びている。給電部３は、図示されていない送受
信回路と配線により接続されている。なお、アンテナ素
子１が太く表されている部分は放射素子の部分を示して
いる。

【００１５】本発明では、このアンテナ素子１と地板２
との対向する空間部に金属板４が設けられていることに
特徴がある。図１に示される例では、アンテナ素子１の
先端部１ｂが地板２に対して垂直方向に延びているた
め、アンテナ素子１と地板２とは直接には対向していな
いが、本明細書においてはアンテナ素子１と地板２との
間で電気力線が走り得る空間を対向する空間と呼ぶ。す
なわち、図１に示される例では、アンテナ素子１の周囲
で、地板２のアンテナ素子１側の空間が両者の対向する
空間部で、図１に示される例では、地板２と一定間隙の
位置で、アンテナ素子１の周囲に金属板４が設けられて
いる。金属板４と地板２との間隔は、あまり大きすぎる
と放射素子の部分が小さくなり、小さすぎると地板２と
の間の静電容量が大きくなり金属板４をアンテナ素子１
と同電位にするのが困難となる。したがって、金属板４
と地板２との間隔は、アンテナ素子１の放射部分を充分
に確保すると共に、後述するように、送受信する信号の
周波数に応じて地板２との間で並列共振をするようにイ
ンピーダンス素子５で調整することができる範囲で設定
される。

【００１６】金属板４と地板２との間にはインピーダン
ス素子５が接続されている。このインピーダンス素子５
は金属板４と地板２との間のインピーダンスを高周波的
に無限大にし、金属板４をアンテナ素子１と高周波的に
同電位とするためのものである。図２に示されるよう
に、高周波的には金属板４と地板２との間には容量Ｃの
容量性インピーダンスが生じている。したがって、イン
ピーダンス素子５として、たとえばコイルなどの誘導性
インピーダンスを接続し、前述の容量Ｃと共に、送受信
をする信号の周波数に対して並列共振をするようにその
インダクタンスＬの値を設定することにより、金属板４
と地板２との間のインピーダンスを無限大にすることが
できる。その結果、金属板４に誘起したアンテナ素子１
の高周波電位をそのまま保持し、アンテナ素子１と高周
波的に同電位となる。

【００１７】つぎに、金属板４の作用について説明をす
る。金属板４がない場合は、アンテナ素子１から放射さ
れる電磁波は、地板２のアンテナ素子１の近傍の部分に
向かって進み、図１に破線で示されるように電気力線が
走る。そのため、放射抵抗が低下し、送受信回路と空間
との結合が悪く、アンテナ性能が低下する。しかし、本
発明により、金属板４が地板２の上方に配設されること
により、金属板４がアンテナ素子１と高周波的に同電位
となり、電気力線が金属板４を貫通することができず、
図１の実線で示されるように、電気力線は金属板４を迂
回する。そのため、放射抵抗が低下することなく、アン
テナ素子１の背丈が低くてもアンテナ性能を高く維持す
ることができる。この金属板４の大きさは、アンテナ素
子１を地板２から遮蔽できれば良く、一般的にはアンテ
ナ素子１の長さの１〜２倍程度以上の幅でアンテナ素子
１の周囲に設けられておればよい。

【００１８】たとえば衛星通信用の１５０ＭＨｚ帯のア
ンテナを２０〜３０ｍｍ程度に低くしたアンテナ素子
で、地板２の上方１０〜１５ｍｍ程度の位置にアンテナ
素子１と１０〜１５ｍｍ程度離間させて直径２０〜２５
ｃｍ程度の金属板を設けた結果、放射性能が２０ｄＢ以
上向上した。

【００１９】図３は、たとえば車載用などに用いられる
アンテナのように、アンテナ素子１が地板２に対して垂
直方向ではなく、平行方向に延出された例である。この
場合は、アンテナ素子１と地板２との間隙部が両者の対
向する空間部となり、両者の間に金属板４が設けられる
ことにより、アンテナ素子１との距離が近い地板２に対
する電気力線は金属板４により遮られ、地板２と反対側
に電波は放射される。したがって、放射抵抗が低下する
ことがなく、高いアンテナ性能を維持し、装置の筐体な
どからアンテナを突出させなくても高い送受信感度を保
持することができる。その結果、車載用アンテナなどに
有効に利用することができる。なお、この場合も前述と
同様に、金属板４と地板２との間にはコイルなどのイン
ピーダンス素子５が接続され、両者間が高周波的に高イ
ンピーダンスに設定されることが望ましい。

【００２０】前述の各例では、金属板４と地板２との間
にインピーダンス素子５を接続し、送受信する信号の周
波数に対して並列共振をするようにしたが、並列共振を
させなくても両者間のインピーダンスを大きくすること
により、または金属板を挿入するだけによっても電気力
線が直接地板２に走るのを防止することができるため、
放射抵抗の低下を防止する効果が生じる。さらに、低背
形アンテナに限定されることなく、周波数が高くて全長
が短くなるアンテナや従来の背の高いアンテナでも、ア
ンテナと地板との対向する空間部に金属板を挿入するこ
とにより、アンテナ素子の基部側の地板への電気力線を
遮断することができ、放射性能を向上させることができ
る。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、アンテナ素子と地板と
の対向する空間部に金属板を配設しているため、アンテ
ナ素子から地板へ直接に電気力線が走るのを防止するこ
とができ、放射抵抗の低下を防止することができる。そ
の結果、高いアンテナ特性が得られる。とくに、背の低
い低背形アンテナにした場合でもアンテナ特性を高く維
持することができ、車載用アンテナのように、低背形ア
ンテナが望ましい分野に有効に利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のアンテナの原理を説明するための模式
図である。

【図２】図１の金属板と地板との間のインピーダンスを
等価回路的に示した図である。

【図３】アンテナ素子と地板との位置関係の他の例を示
す図である。

【図４】アンテナ素子と地板との間の電気力線をアンテ
ナの背丈の高い場合と低い場合とで対比して示した図で
ある。

【符号の説明】 １ アンテナ素子 １ａ 基部 １ｂ 先端部 ２ 地板 ３ 給電部 ４ 金属板 ５ インピーダンス素子

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−336133（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−30252（ＪＰ，Ａ) 実開 昭48−20349（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭48−11748（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭46−35953（ＪＰ，Ｂ１) 特表 昭57−501259（ＪＰ，Ａ) 小野誠、武市吉博，補助地板を持つ有 限地板上のユニポールアンテナの放射特 性，昭和48年度電子情報通信学会全国大 会講演論文集，日本，社団法人 電子通 信学会，1973年３月５日，分冊３，601 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01Q 1/00 - 1/10 H01Q 1/27 - 1/52 H01Q 9/30 - 9/42

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 接地板と、該接地板に設けられた給電部
   と、該給電部に基部が接続され前記接地板の一面側に先
   端部が延出するアンテナ素子と、該アンテナ素子および
   前記接地板の対向する空間部に、前記アンテナ素子とは
   離間して設けられ、アンテナ素子からの電気力線を遮蔽
   する金属板とからなり、前記金属板と前記接地板との間
   にインピーダンス素子が接続されてなるアンテナ。
2. 【請求項２】 前記インピーダンス素子は、前記金属板
   と前記接地板との間に発生する容量と共に送受信する信
   号の周波数に対して並列共振するようなインピーダンス
   に設定されてなる請求項１記載のアンテナ。