JP3825408B2 - 多周波用アンテナ - Google Patents
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Description
技術分野
本発明は、異なる２つの移動無線帯およびＦＭ／ＡＭラジオ帯において動作可能な多周波用アンテナに関するものである。
背景技術
車体に取り付けられるアンテナとしては種々のアンテナが知られているが、車体では最も高い位置にあるルーフにアンテナを取り付けるようにすると受信感度を高めることができるため、ルーフに取り付けるルーフアンテナが従来から好まれている。また、車体内には一般にＦＭ／ＡＭラジオが設けられているため、ＦＭ／ＡＭラジオ帯の両方を受信できるアンテナが便利なことから、２つのラジオ帯を共用して受信できるルーフアンテナが普及している。
また、移動電話機を車両に搭載する際には、移動電話用アンテナが車体に設置される。この場合、移動電話において加入者の増加により利用周波数が不足している場合には、移動電話の周波数帯としてほぼ全域で使用できる周波数帯と、都市部で使用できる周波数帯との２つの周波数帯が割り当てられている場合がある。例えば、欧州においては９００ＭＨｚ帯のＧＳＭ（ｇｌｏｂａｌ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｍｏｂｉｌｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）方式の移動電話機は欧州全域で使用することができるが、都市部においては利用周波数不足を補うため１．８ＧＨｚ帯のＤＣＳ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｅｌｌｕｌａｒ Ｓｙｓｔｅｍ）方式の移動電話機を使用することができる。このような各種のアンテナをそれぞれ別個に車体に設置することは、デザイン上問題があると共に、メンテナンス、取付作業等が煩雑になることから、１つのアンテナで２つの周波数帯域の移動電話帯やＦＭ／ＡＭラジオ帯を受信する多周波用アンテナが提案されている。
この種の多周波用アンテナとして、日本国特許庁発行の特開平６−１３２７１４号公報に記載されている多周波用アンテナが知られている。この多周波用アンテナは、移動電話帯、ＦＭラジオ帯、ＡＭラジオ帯を受信可能な３波共用アンテナとされた伸縮自在なロッドアンテナと、ＧＰＳ信号を受信するＧＰＳ用のアンテナである平面放射体と、キーレスエントリー信号を受信するキーレスエントリー用のアンテナであるループ放射体とから構成されている。
これらの各アンテナは本体の上面に設置されているが、本体の上部には金属製のプレートが設けられており、プレート上に誘電体層を介して平面放射体とループ放射体とが形成されている。このプレートがグランドプレーンになるため、平面放射体とループ放射体とはマイクロストリップアンテナとして動作する。なお、平面放射体とループ放射体の上には保護カバーが形成されている。
このような多周波用アンテナにおいては、伸縮自在とされたロッドアンテナを備えていることから、取り付ける際にはこのロッドアンテナを収納する空間が必要とされる。従って、空間の形成が可能とされる車体のトランクリッドやフェンダーには多周波用アンテナを取り付けることが可能であるが、アンテナを設置するに好適なルーフには、そのような収納空間が存在しないため、取り付けることができないことになる。
そこで、これを解決するようにした多周波用アンテナが、日本国特許庁発行の特開平１０−９３３２７号公報に開示されている。
この多周波用アンテナは、トラップコイルを設けることにより多周波に共振させるようにしたアンテナエレメントと、このアンテナエレメントが取り付けられる整合基板等が内蔵されている本体ケースから構成されている。この本体ケースをルーフに固着することにより、ルーフに多周波用アンテナを取り付けることができるようになる。
ところで、上記したように移動電話に用いられる周波数帯には、利用者の増加に伴って複数の周波数帯が割り当てられている。例えば、日本におけるＰＤＣ方式（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｅｌｌｕｌａｒ ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）では、８００ＭＨｚ帯（８１０ＭＨｚ〜９５６ＭＨｚ）と１．４ＧＨｚ帯（１４２９ＭＨｚ〜１５０１ＭＨｚ）が割り当てられており、欧州においては８００ＭＨｚ帯（８７０ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚ）のＧＳＭ方式と、１．７ＧＨｚ帯（１７１０ＭＨｚ〜１８８０ＭＨｚ）のＤＣＳ方式とが採用されている。このような複数の周波数帯でアンテナを動作させるには、それぞれの周波数帯で動作するアンテナを設けるのであるが、互いの動作に影響を与えないように２つのアンテナをチョークコイルを介して接続するのが一般的とされている。
しかしながら、トラップコイル等のチョークコイルでは、広い周波数帯域にわたり信号を分離することが困難である。すなわち、それぞれの周波数帯で動作するアンテナ間にチョークコイルを設けても、移動電話帯のように広い周波数帯域の場合には、その周波数帯域にわたりそれぞれのアンテナを独立して動作させることができず、互いに影響を与えて良好に動作させることができないという問題点があった。
また、チョークコイルを設けることによりアンテナが大型化されるという問題点があった。
そこで、本発明は、少なくとも２つの異なる広い周波数帯域にわたり動作すると共に、小型化された多周波用アンテナを提供することを目的としている。
発明の開示
上記目的を達成するために、本発明の多周波用アンテナは、アンテナパターンと、該アンテナパターンに近接して無給電素子パターンが形成されているアンテナ基板と、該アンテナ基板を収納しているアンテナケース部と、上部エレメントと下部エレメントとの間にチョークコイルが配置されており、前記アンテナケース部に取り付けられた際に、前記アンテナ基板に形成されている前記アンテナパターンの上端に前記下部エレメントの下端が接続されるアンテナエレメントとを備え、前記下部エレメント、前記アンテナパターンおよび無給電素子パターンからなるアンテナ手段が、第１周波数帯と、該第１周波数帯のほぼ２倍の周波数帯とされる第２周波数帯で動作可能とされている。
さらに、上記本発明の多周波用アンテナにおいて、前記第１周波数帯および前記第２周波数帯が移動無線帯とされていてもよい。
さらにまた、上記本発明の多周波用アンテナにおいて、前記上部エレメントおよび前記チョークコイルを含むアンテナ全体が、前記第１周波数帯より低い第３周波数帯で動作可能とされていてもよい。
さらにまた、上記本発明の多周波用アンテナにおいて、前記第１周波数帯および前記第２周波数帯と、前記第３周波数帯とを分波する分波手段が、前記アンテナケース部内に内蔵されている基板に組み込まれていてもよい。
さらにまた、上記本発明の多周波用アンテナにおいて、前記分波手段には、前記第１周波数帯および前記第２周波数帯に対する整合回路が含まれていてもよい。
このような本発明によれば、下部エレメント、アンテナ基板に形成されているアンテナパターンおよび無給電素子パターンからなるアンテナ手段が、チョークコイルを用いることなく第１周波数帯と、該第１周波数帯のほぼ２倍の周波数帯とされる第２周波数帯で動作可能となるので、多周波用アンテナを小型化することができる。
また、下部エレメントにチョークコイルを介して接続されている上部アンテナを含む全体においてＦＭ／ＡＭ放送を受信することができる。そして、多周波用アンテナで受信された多周波の信号は、分波手段により、移動無線帯の信号とＦＭ／ＡＭ信号とに分波される。この場合、移動無線帯を分波する部分に整合回路も組み込まれ、分波手段がアンテナケース部に内蔵されることから、多周波用アンテナをコンパクトな構成とすることができる。
発明を実施するための最良の形態
本発明の多周波用アンテナの実施の形態の構成を第１図および第２図に示す。ただし、第１図は本発明の多周波用アンテナの全体構成を示す図であり、第２図はその一部を拡大して示す図である。
これらの図に示すように、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナ１は、ホイップアンテナとされたアンテナエレメント１０と、このアンテナエレメント１０が着脱自在に取り付けられるアンテナケース部２から構成されている。このアンテナケース部２は、金属製のアンテナベース部３（第３図および第４図参照）と、アンテナベース部３に嵌合されている樹脂製のカバー部２ｂとから構成されている。アンテナエレメント１０は、屈曲可能な可撓性エレメント部１１と、可撓性エレメント部１１の上端に設けられたヘリカル状に形成されているヘリカルエレメント部５と、このヘリカルエレメント部５の上端に設けられたアンテナトップ４とを備えている。さらに、可撓性エレメント部１１の下端には、チョークコイル１２の一端が接続されており、チョークコイル１２の他端はＤネット（ＧＳＭ）用の上部エレメントに相当する電話用エレメント１３に接続されている。この電話用エレメント１３の下端には固定ネジ部１４が設けられている。そして、ヘリカルエレメント部５の下部と、可撓性エレメント部１１、チョークコイル１２、電話用エレメント１３および固定ネジ部１４の上部はモールドされてアンテナ基部６が構成されている。この場合、電話用エレメント１３はアンテナエレメント１０における下部エレメントを構成している。
ここでいうＤネットとは前記したＧＳＭ方式による移動無線帯を意味し、後述するＥネットとは前記したＤＣＳ方式による移動無線帯を意味するものとする。
なお、ヘリカルエレメント部５の表面にはコイル状に巻回された風切音防止手段が設けられている。また、可撓性エレメント部１１はアンテナエレメント１０に横加重が加えられた際に屈曲して加重を吸収し、折損を防止するための部分である。この可撓性エレメント部１１は、可撓性を有するワイヤーケーブルやコイルスプリングにより構成することができる。
ここで、アンテナエレメント１０およびカバー部２ｂを取り外した多周波用アンテナ１の構成の上面図を第３図に、その平面図を第４図に示し、これらの図も参照して多周波用アンテナ１の説明を行う。
樹脂成形により形成されているカバー部２ｂは、第３図および第４図に示す金属製のアンテナベース部３に嵌合されており、このアンテナベース部３からは車体のルーフ等に取り付けるための円筒状の取付部３ａが突出して形成されている。この取付部３ａの外周面にはネジが切られており、取付部３ａにナットを螺着することにより、アンテナベース部３とナットとの間に車体を挟持するよう固着することができる。なお、アンテナベース部３とカバー部２ｂとは、アンテナベース部３に形成された一対のネジ挿通孔３ｃに、裏面から一対のネジを挿通してカバー部２ｂに螺着することにより一体化されている。取付部３ａには、その軸に沿って貫通孔が形成されており、その貫通孔を介してアンテナケース部２内からＤネットおよびＥネット用のＴＥＬ出力ケーブル３１、ＡＭ／ＦＭ出力ケーブル３２および電源ケーブル３３が導出されている。この際に、取付部３ａにおける貫通孔には図示していない切欠溝が軸方向に形成されており、この切欠溝を利用することにより、ＴＥＬ出力ケーブル３１やＡＭ／ＦＭ出力ケーブル３２をアンテナベース部３の裏面にほぼ平行に導出することができる。ＴＥＬ出力ケーブル３１の先端には第１端子３１ａが設けられており、ＡＭ／ＦＭ出力ケーブル３２の先端には第２端子３２ａが設けられており、これらの端子３１ａ，３２ａは、それぞれ車内に搭載された対応する機器に接続される。
このアンテナケース部２を構成しているカバー部２ｂの上端には、アンテナエレメント１０が着脱自在に取り付けられるホット金具２ａがインサート成形されている。このホット金具２ａに、アンテナエレメント１０の固定ネジ部１４を螺着することにより、アンテナエレメント１０をアンテナケース部２に機械的かつ電気的に固着することができる。アンテナケース部２内には、アンテナ基板７とアンプ基板９との２枚のプリント基板が立設されて収納されている。このアンテナ基板７とアンプ基板９は、アンテナベース部３の上面に固着されているアース金具３ｂにハンダ付けされることにより立設して固着されている。アンテナ基板７の上端にはＬ字状に折曲されている接続片８ｂがハンダ付け等により固着されて設けられており、ホット金具２ａ内から接続ネジ８ａが接続片８ｂに螺着されている。これにより、ホット金具２ａに固着されたアンテナエレメント１０が、接続ネジ８ａ，接続片８ｂを介してアンテナ基板７に電気的に接続されるようになる。
本発明の多周波用アンテナ１において特徴的な構成は、アンテナケース部２に内蔵されたアンテナ基板７が有している。アンテナ基板７には、Ｅネット用のアンテナとして動作するアンテナパターン７ａが形成されている。このアンテナパターン７ａは、電話用エレメント１３と協働することによりＤネット用のエレメントとしても動作している。ここで、アンテナ基板７の構成について第７図および第８図を参照して説明を行う。
アンテナ基板７の表面の構成を第７図に示し、アンテナ基板７の裏面の構成を第８図に示す。これらの図に示すように、アンテナ基板７はアンテナケース部２の内部空間の形状に合わせて変形させた六角形とされている。このアンテナ基板７の表面の上部から中央部にかけて幅広のアンテナパターン７ａが形成されており、アンテナ基板７の裏面にもほぼ同形状の幅広のアンテナパターン７ａが形成されている。表面と裏面とのアンテナパターン７ａは図示していないが、複数のスルーホールにより相互に接続されている。そして、このアンテナパターン７ａに近接して無給電素子パターン７ｂがアンテナ基板７に形成されている。この無給電素子パターン７ｂの下端はアースパターン７ｄに接続されている。この無給電素子パターン７ｂを形成することによりアンテナパターン７ａがＤＣＳ（Ｅネット）の周波数帯においても動作可能となる。なお、アースパターン７ｄはアンテナ基板７の表面と裏面の下部に形成されている。また、アンテナパターン７ａおよび無給電素子パターン７ｂとアースパターン７ｄとの間には、それぞれの周波数帯に分波する分波回路を構成しているローパスフィルタ（ＬＰＦ）２１および整合回路を含むハイパスフィルタ（ＨＰＦ）２０が組み込まれる回路パターン７ｃが形成されている。アンテナ基板７にはＬＰＦ２１の出力部にスルーホール２１ａが、ＨＰＦ２０の出力部にスルーホール２０ａが設けられている。
このアンテナ基板７の寸法の一例を示すと、アンテナ基板７の幅Ｌ１は約４９．５ｍｍとされ、高さＬ２は約２１．９ｍｍとされる。また、無給電素子パターン７ｂの長さは約４０ｍｍ前後とされ、アンテナパターン７ａと無給電素子パターン７ｂとの間隙は約２〜３ｍｍとされている。これらの寸法は、アンテナパターン７ａおよび無給電素子パターン７ｂをＥネットおよびＤネット用とした場合であり、適用される周波数帯が異なれば上記寸法も異なるようになる。
なお、無給電素子パターン７ｂをアンテナ基板７の表面に形成することに替えて裏面に形成してもよく、また、無給電素子パターン７ｂを必ずしもアースパターン７ｄに接続する必要はない。
第７図および第８図に示す構成のアンテナ基板７を備える多周波用アンテナ１の等価回路を第５図に示す。第１図ないし第３図に示すように、アンテナ基板７の上端には金属製の接続片８ｂが設けられており、この接続片８ｂはアンテナパターン７ａの上端に接続されている。そして、アンテナエレメント１０における固定ネジ部１４がアンテナケース部２のホット金具２ａに螺着されることにより、ホット金具２ａに接続ネジ８ａを介して接続されている接続片８ｂにアンテナエレメント１０が電気的に接続されるようになる。これにより、第５図に示すようにヘリカルエレメント部５および可撓性エレメント部１１からなる上部エレメント１０ａ、チョークコイル１２、電話用エレメント１３およびアンテナパターン７ａは直列に接続される。このアンテナパターン７ａには近接して無給電素子パターン７ｂが配置されている。
そして、本発明にかかる多周波用アンテナ１は、第５図に示すようにアンテナ全体によりＦＭ放送に共振して受信することができると共に、ＡＭ放送を受信することができる。また、ＤネットやＥネットの移動無線帯においてはチョークコイル１２がハイインピーダンスとなってアイソレーションされるため、電話用エレメント１３とアンテナパターン７ａおよび無給電素子パターン７ｂが、Ｄネットに共振してＧＳＭ方式の周波数帯の送受信を行うことができると共に、Ｅネットに共振してＤＣＳ方式の周波数帯において送受信することができるようになる。ただし、電話用エレメント１３とアンテナパターン７ａおよび無給電素子パターン７ｂからなるアンテナが、ＥネットおよびＤネットにおいて動作する理由は解明中である。また、アンテナ基板７にはＡＭ／ＦＭの周波数帯の信号と、ＤネットおよびＥネットの周波数帯とを分波するＨＰＦ２０とＬＰＦ２１からなる分波回路が組み込まれており、アンプ基板９には、分波したＡＭ／ＦＭの周波数帯の信号を増幅する増幅回路が組み込まれている。
すなわち、多周波用アンテナ１の出力端は、ＨＰＦ２０とＬＰＦ２１とに接続されており、ＨＰＦ２０によりＤネットおよびＥネットの周波数帯域成分が分波され、分波された信号がＧＳＭ／ＤＣＳ出力端子から出力される。また、ＬＰＦ２１によりＡＭ／ＦＭの周波数帯域成分が分波され、分波された信号がアンプ基板９におけるＡＭ／ＦＭ増幅器２２により増幅されてＡＭ／ＦＭ出力端子から出力される。また、多周波用アンテナ１のアンテナ特性を向上するために、ＨＰＦ２０には整合回路が組み込まれている。
ここで、アンテナ基板７に組み込まれるＨＰＦ２０とＬＰＦ２１との回路の一例を第６図に示す。
アンテナ基板７における端子ＡＮＴ ＩＮはアンテナパターン７ａの上端に接続されている接続片８ｂに相当する。ＨＰＦ２０はアンテナパターン７ａの下端に接続されており、直列接続されたキャパシタＣ１，Ｃ２と、その間とアース間にインダクタＬ１を備えるＴ型のハイパスフィルタとされている。さらに、キャパシタＣ２の出力側とアース間にはキャパシタＣ３と出力インピーダンス調整用の抵抗Ｒが接続されている。ＨＰＦ２０では、ＤネットとＥネットの周波数帯域成分が分波され、分波された信号がＧＳＭ／ＤＣＳ出力端子から出力される。なお、キャパシタＣ３とＴ型のハイパスフィルタは、多周波用アンテナ１と無線機側とをインピーダンス整合する整合回路としても機能している。
一方、ＬＰＦ２１もアンテナパターン７ａの下端に接続されており、直列接続されたインダクタＬ２，Ｌ３と、その間とアース間に接続されたキャパシタＣ４とを備えるＴ型のローパスフィルタとされている。ＬＰＦ２１で分波されたＡＭ／ＦＭの周波数帯域成分は、アンテナ基板７からアンプ基板９に供給され、アンプ基板９におけるＡＭ／ＦＭ増幅器２２により増幅されて、ＡＭ／ＦＭ出力端子から出力される。
ところで、アンテナ基板７において、アンテナパターン７ａに無給電素子パターン７ｂを近接配置することにより、電話用エレメント１３とアンテナ基板７上に形成されているアンテナパターン７ａとからなるアンテナが、ＤＣＳの周波数帯域でも動作するようになる。この無給電素子パターン７ｂの作用を説明するために、無給電素子パターン７ｂの形状を第７図に示す形状から変更した際のアンテナ特性を次に示す。
まず、本発明の多周波用アンテナ１におけるアンテナ基板７上に形成されている無給電素子パターンを第４５図に示すように変更してみる。第４５図においては、無給電素子パターン７ｂにおいて破線で示す部分を切り取り、幅を細くすると共にアンテナパターン７ａとの間隙を広げた形状の無給電素子パターン７７ｂとしている。第４５図に示すアンテナ基板７とした場合の多周波用アンテナ１のアンテナ特性を、アンテナ基板７を第７図および第８図に示す構成とした際のアンテナ特性と対比して、第４６図ないし第４９図に示す。第４６図は、ＧＳＭの周波数帯域におけるスミスチャートで示すインピーダンス特性であり、第４７図はＧＳＭの周波数帯域における電圧定在波比（ＶＳＷＲ）特性を示している。また、第４８図は、ＤＣＳの周波数帯域におけるスミスチャートで示すインピーダンス特性であり、第４９図はＤＣＳの周波数帯域におけるＶＳＷＲ特性を示している。第４６図ないし第４９図において「本発明」として示しているアンテナ特性は、アンテナ基板７を第７図および第８図に示す構成とした際の特性であり、「Ａ」〜「Ｄ」として示すアンテナ特性はアンテナ基板７を第４５図に示す構成とした際の特性である。
これらのアンテナ特性を観察すると、ＧＳＭの周波数帯域においてはアンテナパターンの形状を第４５図に示すように変更すると、その中心周波数（マーク２：９１５ＭＨｚ）までのアンテナ特性は劣化するが中心周波数を超えるとかえって改善されるようになる。これに対して、ＤＣＳの周波数帯域においてはアンテナパターンの形状を第４５図に示すように変更すると、その周波数帯域全体にわたりアンテナ特性は劣化することがわかる。
次に、本発明の多周波用アンテナ１におけるアンテナ基板７上に形成されている無給電素子パターンを第５０図に示すように変更してみる。第５０図においては、無給電素子パターン７ｂの破線で示す先端部分を切り取り、全長を短くした形状の無給電素子パターン８７ｂとしている。第５０図に示すアンテナ基板７とした場合の多周波用アンテナ１のアンテナ特性を、アンテナ基板７を第７図および第８図に示す構成とした際のアンテナ特性と対比して、第５１図ないし第５４図に示す。第５１図は、ＧＳＭの周波数帯域におけるスミスチャートで示すインピーダンス特性であり、第５２図はＧＳＭの周波数帯域における電圧定在波比（ＶＳＷＲ）特性を示している。また、第５３図は、ＤＣＳの周波数帯域におけるスミスチャートで示すインピーダンス特性であり、第５４図はＤＣＳの周波数帯域におけるＶＳＷＲ特性を示している。第４６図ないし第４９図において「本発明」として示しているアンテナ特性は、アンテナ基板７を第７図および第８図に示す構成とした際の特性であり、「Ｅ」〜「Ｈ」として示すアンテナ特性はアンテナ基板７を第５０図に示す構成とした際の特性である。
これらのアンテナ特性を観察すると、ＧＳＭの周波数帯域においてはアンテナパターンの形状を第５０図に示すように変更すると、その中心周波数（マーク２：９１５ＭＨｚ）までのアンテナ特性は劣化するが中心周波数を超えるとかえって改善されるようになる。これに対して、ＤＣＳの周波数帯域においてはアンテナパターンの形状を第５０図に示すように変更すると、その周波数帯域全体にわたりアンテナ特性は劣化することがわかる。
このことから、無給電素子パターンの形状を変更することにより、ＧＳＭの下側周波数帯と上側周波数帯とのアンテナ特性を逆の方向に調整することができると共に、ＤＣＳの周波数帯域の全体におけるアンテナ特性を調整することができる。そして、第７図および第８図に示す無給電素子パターン７ｂの形状において、ＤＣＳの周波数帯域およびＧＳＭの周波数帯域において最善のアンテナ特性が得られている。
そこで、アンテナ基板７上に形成された無給電素子パターンを第７図および第８図に示す形状とした際の多周波用アンテナ１のアンテナ特性を以下に説明する。
第７図および第８図に示すアンテナ基板７とした場合の多周波用アンテナ１のアンテナ特性を、第９図ないし第１２図に示す。第９図は、ＧＳＭの周波数帯城におけるスミスチャートで示すインピーダンス特性であり、第１０図はＧＳＭの周波数帯域におけるＶＳＷＲ特性を示している。また、第１１図は、ＤＣＳの周波数帯域におけるスミスチャートで示すインピーダンス特性であり、第１２図はＤＣＳの周波数帯域におけるＶＳＷＲ特性を示している。これらのアンテナ特性を観察すると、８７０ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚのＧＳＭの周波数帯域において、最良値約１．１、最悪値約１．４７のＶＳＷＲが得られており、良好なインピーダンス特性が得られていることがわかる。また、１．７１ＧＨｚ〜１．８８ＧＨｚのＤＣＳの周波数帯域において、最良値約１．２、最悪値約１．７８のＶＳＷＲが得られており、良好なインピーダンス特性が得られていることがわかる。
なお、第９図ないし第１２図に示すアンテナ特性は第６図に示す回路構成のＨＰＦ２０およびＬＰＦ２１が設けられている場合のアンテナ特性であり、この場合、ＨＰＦ２０およびＬＰＦ２１の各素子の値は次のようにされている。ＨＰＦ２０においてキャパシタＣ１，Ｃ２は約３ｐＦ、キャパシタＣ３は約０．５ｐＦ、インダクタＬ１は約１５ｎＨとされており、ＬＰＦ２１はインダクタＬ２は約３０ｎＨの空芯コイル、インダクタＬ３は０．１２μＨ、キャパシタＣ４は約１３ｐＦとされている。
前述したようにＨＰＦ２０には整合回路が組み込まれており、この整合回路の作用を説明するために、第６図に示すＬＰＦ２１およびＨＰＦ２０（キャパシタＣ３を含む）を取り去った場合のアンテナ特性を第１３図ないし第１６図に示す。第１３図は、ＧＳＭの周波数帯域におけるスミスチャートで示すインピーダンス特性であり、第１４図はＧＳＭの周波数帯域におけるＶＳＷＲ特性を示している。また、第１５図は、ＤＣＳの周波数帯域におけるスミスチャートで示すインピーダンス特性であり、第１６図はＤＣＳの周波数帯域におけるＶＳＷＲ特性を示している。これらのアンテナ特性を観察すると、８７０ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚのＧＳＭの周波数帯域において、ＶＳＷＲは最良値約２．１９、最悪値約３．２４に劣化したインピーダンス特性となっていることがわかる。また、１．７１ＧＨｚ〜１．８８ＧＨｚのＤＣＳの周波数帯域において、ＶＳＷＲは最良値約２．６、最悪値約３．３８に劣化したインピーダンス特性となっていることがわかる。
このように整合回路を取り去ると、ＧＳＭおよびＤＣＳの周波数帯域においてアンテナ特性が劣化することがわかる。
次に、参考までに無給電素子パターン７ｂの作用を説明するために、無給電素子パターン７ｂ、および、第６図に示すＬＰＦ２１とＨＰＦ２０（キャパシタＣ３を含む）とを取り去った際のアンテナ特性を第１７図ないし第２０図に示す。第１７図は、ＧＳＭの周波数帯域におけるスミスチャートで示すインピーダンス特性であり、第１８図はＧＳＭの周波数帯域におけるＶＳＷＲ特性を示している。また、第１９図は、ＤＣＳの周波数帯域におけるスミスチャートで示すインピーダンス特性であり、第２０図はＤＣＳの周波数帯域におけるＶＳＷＲ特性を示している。これらのアンテナ特性を観察すると、８７０ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚのＧＳＭの周波数帯域において、ＶＳＷＲは最良値約４．８、最悪値約５．６２と大幅に劣化したインピーダンス特性となっていることがわかる。また、１．７１ＧＨｚ〜１．８８ＧＨｚのＤＣＳの周波数帯域において、ＶＳＷＲは最良値約１．６、最悪値約２．６７に劣化したインピーダンス特性となっていることがわかる。
このように無給電素子パターン７ｂおよび整合回路を取り外すと、特にＧＳＭの周波数帯域においてアンテナ特性が劣化することがわかる。
次に、本発明にかかる多周波用アンテナ１のＤＣＳの周波数帯域およびＧＳＭの周波数帯域における垂直面内指向特性および水平面内指向特性を、第２２図ないし第４４図に示す。
第２２図ないし第２４図に示す垂直面内指向特性は、ＤＣＳの周波数帯域において、第２１図に示すように多周波用アンテナ１を直径約１ｍのグランドプレーン５０上に配置した際の側面から見た垂直面内の指向特性であり、その仰角および伏角の角度は第２１図に示す角度とされている。第２２図は、ＤＣＳの下限周波数である１７１０ＭＨｚにおける垂直面内指向特性であり、同心円上の円は−３ｄＢ毎に描かれている。この指向特性を観察すると、±６０°〜±９０°の方向および天頂方向に大きなゲインが得られている。この場合のアンテナゲインは、１／２波長ダイポールアンテナ比で約＋２．５５ｄＢの高いゲインが得られている。
第２３図は、ＤＣＳの中央周波数である１７９５ＭＨｚにおける垂直面内指向特性であり、同心円上の円は−３ｄＢ毎に描かれている。この指向特性を観察すると、−３０°近辺および４５°近辺でゲインが落ち込んでいるものの、１００°〜−１００°の方向において良好な指向特性が得られている。この場合のアンテナゲインは、１／２波長ダイポールアンテナ比で約＋１．８２ｄＢの高いゲインが得られている。
第２４図は、ＤＣＳの上限周波数である１８８０ＭＨｚにおける垂直面内指向特性であり、同心円上の円は−３ｄＢ毎に描かれている。この指向特性を観察すると、−３０°近辺および４５°近辺でゲインが落ち込んでいるものの、１００°〜−１００°の方向において良好な指向特性が得られている。この場合のアンテナゲインは、１／２波長ダイポールアンテナ比で約＋１．９８ｄＢの高いゲインが得られている。
第２６図ないし第２８図に示す垂直面内指向特性は、ＤＣＳの周波数帯域において、第２５図に示すように多周波用アンテナ１を直径約１ｍのグランドプレーン５０上に配置した際の正面から見た垂直面内の指向特性であり、その仰角および伏角の角度は第２５図に示す角度とされている。第２６図は、ＤＣＳの下限周波数である１７１０ＭＨｚにおける垂直面内指向特性であり、同心円上の円は−３ｄＢ毎に描かれている。この指向特性を観察すると、−９０°近辺および天頂方向でゲインが落ち込んでいるものの、約１００°〜−７５°の方向において良好な指向特性が得られている。この場合のアンテナゲインは、１／２波長ダイポールアンテナ比で約−４．３３ｄＢのゲインが得られている。
第２７図は、ＤＣＳの中央周波数である１７９５ＭＨｚにおける垂直面内指向特性であり、同心円上の円は−３ｄＢ毎に描かれている。この指向特性を観察すると、−９０°近辺および天頂方向近辺でゲインが落ち込んでいるものの、９０°〜−８０°の方向において良好な指向特性が得られている。この場合のアンテナゲインは、１／２波長ダイポールアンテナ比で約−１．９ｄＢのゲインが得られている。
第２８図は、ＤＣＳの上限周波数である１８８０ＭＨｚにおける垂直面内指向特性であり、同心円上の円は−３ｄＢ毎に描かれている。この指向特性を観察すると、−９０°近辺および天頂方向近辺でゲインが落ち込んでいるものの、９０°〜−８０°の方向において良好な指向特性が得られている。この場合のアンテナゲインは、１／２波長ダイポールアンテナ比で約−１．５９ｄＢのゲインが得られている。
第３０図ないし第３２図に示す垂直面内指向特性は、ＤＣＳの周波数帯域において、第２９図に示すように多周波用アンテナ１を直径約１ｍのグランドプレーン５０上に配置した際の水平面内の指向特性であり、その角度は第２９図に示すように前方方向が０°とされている。第３０図は、ＤＣＳの下限周波数である１７１０ＭＨｚにおける水平面内指向特性であり、同心円上の円は−３ｄＢ毎に描かれている。この指向特性を観察すると、−１００°近辺および９０°近辺でゲインが落ち込んでいるものの、ほぼ無指向性の良好な指向特性が得られている。この場合のアンテナゲインは、１／４波長ホイップアンテナ比で約０ｄＢのゲインが得られている。
第３１図は、ＤＣＳの中央周波数である１７９５ＭＨｚにおける水平面内指向特性であり、同心円上の円は−３ｄＢ毎に描かれている。この指向特性を観察すると、−１００°近辺および９０°〜１２０°近辺でゲインが落ち込んでいるものの、ほぼ無指向性の良好な指向特性が得られている。この場合のアンテナゲインは、１／４波長ホイップアンテナ比で約−０．８３ｄＢのゲインが得られている。
第３２図は、ＤＣＳの上限周波数である１８８０ＭＨｚにおける水平面内指向特性であり、同心円上の円は−３ｄＢ毎に描かれている。この指向特性を観察すると、−９０°〜−１２０°近辺および８０°から１２０°近辺でゲインが落ち込んでいるものの、ほぼ無指向性の良好な指向特性が得られている。この場合のアンテナゲインは、１／４波長ホイップアンテナ比で約−０．５１ｄＢのゲインが得られている。
第３４図ないし第３６図に示す垂直面内指向特性は、ＧＳＭの周波数帯域において、第３３図に示すように多周波用アンテナ１を直径約１ｍのグランドプレーン５０上に配置した際の側面から見た垂直面内の指向特性であり、その仰角および伏角の角度は第３３図に示す角度とされている。第３４図は、ＧＳＭの下限周波数である８７０ＭＨｚにおける垂直面内指向特性であり、同心円上の円は−３ｄＢ毎に描かれている。この指向特性を観察すると、１０°近辺および−９０°近辺においてゲインが落ち込んでいるものの、９０°〜−８０°の方向において良好なゲインが得られている。この場合のアンテナゲインは、１／２波長ダイポールアンテナ比で約−０．１５ｄＢのゲインが得られている。
第３５図は、ＧＳＭの中央周波数である９１５ＭＨｚにおける垂直面内指向特性であり、同心円上の円は−３ｄＢ毎に描かれている。この指向特性を観察すると、−８０°以下の方向および９０°近辺でゲインが落ち込んでいるものの、８０°〜−７５°の方向において良好な指向特性が得られている。この場合のアンテナゲインは、１／２波長ダイポールアンテナ比で約＋０．８ｄＢのゲインが得られている。
第３６図は、ＧＳＭの上限周波数である９６０ＭＨｚにおける垂直面内指向特性であり、同心円上の円は−３ｄＢ毎に描かれている。この指向特性を観察すると、−８０°以下の方向および９０°近辺でゲインが落ち込んでいるものの、８５°〜−８０°の方向において良好な指向特性が得られている。この場合のアンテナゲインは、１／２波長ダイポールアンテナ比で約−０．４７ｄＢのゲインが得られている。
第３８図ないし第４０図に示す垂直面内指向特性は、ＧＳＭの周波数帯域において、第３７図に示すように多周波用アンテナ１を直径約１ｍのグランドプレーン５０上に配置した際の正面から見た垂直面内の指向特性であり、その仰角および伏角の角度は第３７図に示す角度とされている。第３８図は、ＧＳＭの下限周波数である８７０ＭＨｚにおける垂直面内指向特性であり、同心円上の円は−３ｄＢ毎に描かれている。この指向特性を観察すると、−２０°近辺、天頂近辺および２０°近辺の方向でゲインが落ち込んでいるものの、約９０°〜−９０°の方向において良好な指向特性が得られている。この場合のアンテナゲインは、１／２波長ダイポールアンテナ比で約−０．０１ｄＢのゲインが得られている。
第３９図は、ＧＳＭの中央周波数である９１５ＭＨｚにおける垂直面内指向特性であり、同心円上の円は−３ｄＢ毎に描かれている。この指向特性を観察すると、−３０°近辺、天頂近辺および３０°近辺の方向でゲインが落ち込んでいるものの、９０°〜−９０°の方向において良好な指向特性が得られている。この場合のアンテナゲインは、１／２波長ダイポールアンテナ比で約＋１．２４ｄＢの高いゲインが得られている。
第４０図は、ＧＳＭの上限周波数である９６０ＭＨｚにおける垂直面内指向特性であり、同心円上の円は−３ｄＢ毎に描かれている。この指向特性を観察すると、−３０°近辺、天頂近辺および３０°近辺の方向でゲインが落ち込んでいるものの、９０°〜−９０°の方向において良好な指向特性が得られている。この場合のアンテナゲインは、１／２波長ダイポールアンテナ比で約＋１．２１ｄＢの高いゲインが得られている。
第４２図ないし第４４図に示す垂直面内指向特性は、ＧＳＭの周波数帯域において、第４１図に示すように多周波用アンテナ１を直径約１ｍのグランドプレーン５０上に配置した際の水平面内の指向特性であり、その角度は第４１図に示すように前方方向が０°とされている。第４２図は、ＧＳＭの下限周波数である８７０ＭＨｚにおける水平面内指向特性であり、同心円上の円は−３ｄＢ毎に描かれている。この指向特性を観察すると、０°近辺および−１８０°近辺でゲインがやや落ち込んでいるものの、ほぼ無指向性の良好な指向特性が得られている。この場合のアンテナゲインは、１／４波長ホイップアンテナ比で約−１．３８ｄＢのゲインが得られている。
第４３図は、ＧＳＭの中央周波数である９１５ＭＨｚにおける水平面内指向特性であり、同心円上の円は−３ｄＢ毎に描かれている。この指向特性を観察すると、ほぼ無指向性の良好な指向特性が得られている。この場合のアンテナゲインは、１／４波長ホイップアンテナ比で約−１．１３ｄＢのゲインが得られている。
第４４図は、ＧＳＭの上限周波数である９６０ＭＨｚにおける水平面内指向特性であり、同心円上の円は−３ｄＢ毎に描かれている。この指向特性を観察すると、０°近辺でゲインが落ち込んでいるものの、ほぼ無指向性の良好な指向特性が得られている。この場合のアンテナゲインは、１／４波長ホイップアンテナ比で約−１．４３ｄＢのゲインが得られている。
これらの垂直面内指向特性参照すると、ＤネットおよびＥネットの周波数帯域において低仰角方向に大きなゲインがほぼ得られており、移動無線に好適な多周波用アンテナ１となることがわかる。また、これらの水平面内指向特性を参照すると、アンテナケース部２に内蔵したアンテナ基板７にアンテナパターン７ａと無給電素子パターン７ｂとを形成するようにしても、ＧＳＭとＤＣＳとの２つの周波数帯域においてほぼ無指向性とされている水平面内指向特性が得られることがわかる。
以上説明した本発明の多周波用アンテナにおいて、アンテナ基板７に形成されている無給電素子パターン７ｂは、第７図に示す形状に限られるものではなく、アンテナ基板７の形状や使用周波数帯域に応じて変更してもよいものである。この場合、使用周波数帯域において良好なＶＳＷＲ値が得られるように無給電素子パターン７ｂの形状は、その幅や長さが調整された形状とされる。
また、アンテナ基板７に組み込まれているＨＰＦ２０およびＬＰＦ２１の定数は、上述した値に限るものではなく、使用周波数帯域や使用される移動無線機におけるアンテナ接続部のインピーダンス等に応じて変更される。この場合、使用周波数帯域において良好なＶＳＷＲ値が得られる値とされる。
産業上の利用可能性
本発明は以上説明したように、下部エレメント、アンテナ基板に形成されているアンテナパターンおよび無給電素子パターンからなるアンテナ手段が、チョークコイルを用いることなく第１周波数帯と、該第１周波数帯のほぼ２倍の周波数帯とされる第２周波数帯で動作可能となるので、多周波用アンテナを小型化することができる。
また、下部エレメントにチョークコイルを介して接続されている上部アンテナを含む全体においてＦＭ／ＡＭ放送を受信することができる。そして、多周波用アンテナで受信された多周波の信号は、分波手段により、移動無線帯の信号とＦＭ／ＡＭ信号とに分波される。この場合、移動無線帯を分波する部分に整合回路も組み込まれ、分波手段がアンテナケース部に内蔵されることから、多周波用アンテナをコンパクトな構成とすることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの全体構成を示す図である。
第２図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの一部を拡大して示す図である。
第３図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナにおいて、アンテナエレメントおよびカバー部を取り外した構成の上面図である。
第４図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナにおいて、アンテナエレメントおよびカバー部を取り外した構成の平面図である。
第５図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの等価回路示す図である。
第６図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナにおけるアンテナ基板に組み込まれる分波回路の回路図である。
第７図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナにおけるアンテナ基板の表面の構成を示す図である。
第８図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナにおけるアンテナ基板の裏面の構成を示す図である。
第９図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナのＧＳＭの周波数帯域におけるインピーダンス特性を示すスミスチャートである。
第１０図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナのＧＳＭの周波数帯域におけるＶＳＷＲ特性を示す図である。
第１１図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナのＤＣＳの周波数帯域におけるインピーダンス特性を示すスミスチャートである。
第１２図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナのＤＣＳの周波数帯域におけるＶＳＷＲ特性を示す図である。
第１３図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナにおいて、整合回路を取り外した場合のＧＳＭの周波数帯域におけるインピーダンス特性を示すスミスチャートである。
第１４図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナにおいて、整合回路を取り外した場合のＧＳＭの周波数帯域におけるＶＳＷＲ特性を示す図である。
第１５図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナにおいて、整合回路を取り外した場合のＤＣＳの周波数帯域におけるインピーダンス特性を示すスミスチャートである。
第１６図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナにおいて、整合回路を取り外した場合のＤＣＳの周波数帯域におけるＶＳＷＲ特性を示す図である。
第１７図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナにおいて、整合回路および無給電素子パターンを除去した場合のＧＳＭの周波数帯域におけるインピーダンス特性を示すスミスチャートである。
第１８図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナにおいて、整合回路および無給電素子パターンを除去した場合のＧＳＭの周波数帯域におけるＶＳＷＲ特性を示す図である。
第１９図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナにおいて、整合回路および無給電素子パターンを除去した場合のＤＣＳの周波数帯域におけるインピーダンス特性を示すスミスチャートである。
第２０図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナにおいて、整合回路および無給電素子パターンを除去した場合のＤＣＳの周波数帯域におけるＶＳＷＲ特性を示す図である。
第２１図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの垂直面内指向特性の測定態様を示す図である。
第２２図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの１７１０ＭＨｚにおける垂直面内指向特性を示す図である。
第２３図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの１７９５ＭＨｚにおける垂直面内指向特性を示す図である。
第２４図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの１８８０ＭＨｚにおける垂直面内指向特性を示す図である。
第２５図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの垂直面内指向特性の測定態様を示す図である。
第２６図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの１７１０ＭＨｚにおける垂直面内指向特性を示す図である。
第２７図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの１７９５ＭＨｚにおける垂直面内指向特性を示す図である。
第２８図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの１８８０ＭＨｚにおける垂直面内指向特性を示す図である。
第２９図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの水平面内指向特性の測定態様を示す図である。
第３０図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの１７１０ＭＨｚにおける水平面内指向特性を示す図である。
第３１図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの１７９５ＭＨｚにおける水平面内指向特性を示す図である。
第３２図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの１８８０ＭＨｚにおける水平面内指向特性を示す図である。
第３３図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの垂直面内指向特性の測定態様を示す図である。
第３４図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの８７０ＭＨｚにおける垂直面内指向特性を示す図である。
第３５図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの９１５ＭＨｚにおける垂直面内指向特性を示す図である。
第３６図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの９６０ＭＨｚにおける垂直面内指向特性を示す図である。
第３７図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの垂直面内指向特性の測定態様を示す図である。
第３８図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの８７０ＭＨｚにおける垂直面内指向特性を示す図である。
第３９図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの９１５ＭＨｚにおける垂直面内指向特性を示す図である。
第４０図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの９６０ＭＨＺにおける垂直面内指向特性を示す図である。
第４１図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの水平面内指向特性の測定態様を示す図である。
第４２図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの８７０ＭＨｚにおける水平面内指向特性を示す図である。
第４３図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの９１５ＭＨＺにおける水平面内指向特性を示す図である。
第４４図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの９６０ＭＨＺにおける水平面内指向特性を示す図である。
第４５図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナのアンテナ基板における無給電素子パターンの形状を変更した構成を示す図である。
第４６図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナのアンテナ基板における無給電素子パターンの形状を変更した場合のＧＳＭの周波数帯域におけるインピーダンス特性を示すスミスチャートである。
第４７図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナのアンテナ基板における無給電素子パターンの形状を変更した場合のＧＳＭの周波数帯域におけるＶＳＷＲ特性を示す図である。
第４８図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナのアンテナ基板における無給電素子パターンの形状を変更した場合のＤＣＳの周波数帯域におけるインピーダンス特性を示すスミスチャートである。
第４９図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナのアンテナ基板における無給電素子パターンの形状を変更した場合のＤＣＳの周波数帯域におけるＶＳＷＲ特性を示す図である。
第５０図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナのアンテナ基板における無給電素子パターンの形状を変更した他の構成を示す図である。
第５１図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナのアンテナ基板における無給電素子パターンの形状を変更した場合のＧＳＭの周波数帯域におけるインピーダンス特性を示すスミスチャートである。
第５２図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナのアンテナ基板における無給電素子パターンの形状を変更した場合のＧＳＭの周波数帯域におけるＶＳＷＲ特性を示す図である。
第５３図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナのアンテナ基板における無給電素子パターンの形状を変更した場合のＤＣＳの周波数帯域におけるインピーダンス特性を示すスミスチャートである。
第５４図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナのアンテナ基板における無給電素子パターンの形状を変更した場合のＤＣＳの周波数帯域におけるＶＳＷＲ特性を示す図である。
本発明は、異なる２つの移動無線帯およびＦＭ／ＡＭラジオ帯において動作可能な多周波用アンテナに関するものである。
背景技術
車体に取り付けられるアンテナとしては種々のアンテナが知られているが、車体では最も高い位置にあるルーフにアンテナを取り付けるようにすると受信感度を高めることができるため、ルーフに取り付けるルーフアンテナが従来から好まれている。また、車体内には一般にＦＭ／ＡＭラジオが設けられているため、ＦＭ／ＡＭラジオ帯の両方を受信できるアンテナが便利なことから、２つのラジオ帯を共用して受信できるルーフアンテナが普及している。
また、移動電話機を車両に搭載する際には、移動電話用アンテナが車体に設置される。この場合、移動電話において加入者の増加により利用周波数が不足している場合には、移動電話の周波数帯としてほぼ全域で使用できる周波数帯と、都市部で使用できる周波数帯との２つの周波数帯が割り当てられている場合がある。例えば、欧州においては９００ＭＨｚ帯のＧＳＭ（ｇｌｏｂａｌ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｍｏｂｉｌｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）方式の移動電話機は欧州全域で使用することができるが、都市部においては利用周波数不足を補うため１．８ＧＨｚ帯のＤＣＳ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｅｌｌｕｌａｒ Ｓｙｓｔｅｍ）方式の移動電話機を使用することができる。このような各種のアンテナをそれぞれ別個に車体に設置することは、デザイン上問題があると共に、メンテナンス、取付作業等が煩雑になることから、１つのアンテナで２つの周波数帯域の移動電話帯やＦＭ／ＡＭラジオ帯を受信する多周波用アンテナが提案されている。
この種の多周波用アンテナとして、日本国特許庁発行の特開平６−１３２７１４号公報に記載されている多周波用アンテナが知られている。この多周波用アンテナは、移動電話帯、ＦＭラジオ帯、ＡＭラジオ帯を受信可能な３波共用アンテナとされた伸縮自在なロッドアンテナと、ＧＰＳ信号を受信するＧＰＳ用のアンテナである平面放射体と、キーレスエントリー信号を受信するキーレスエントリー用のアンテナであるループ放射体とから構成されている。
これらの各アンテナは本体の上面に設置されているが、本体の上部には金属製のプレートが設けられており、プレート上に誘電体層を介して平面放射体とループ放射体とが形成されている。このプレートがグランドプレーンになるため、平面放射体とループ放射体とはマイクロストリップアンテナとして動作する。なお、平面放射体とループ放射体の上には保護カバーが形成されている。
このような多周波用アンテナにおいては、伸縮自在とされたロッドアンテナを備えていることから、取り付ける際にはこのロッドアンテナを収納する空間が必要とされる。従って、空間の形成が可能とされる車体のトランクリッドやフェンダーには多周波用アンテナを取り付けることが可能であるが、アンテナを設置するに好適なルーフには、そのような収納空間が存在しないため、取り付けることができないことになる。
そこで、これを解決するようにした多周波用アンテナが、日本国特許庁発行の特開平１０−９３３２７号公報に開示されている。
この多周波用アンテナは、トラップコイルを設けることにより多周波に共振させるようにしたアンテナエレメントと、このアンテナエレメントが取り付けられる整合基板等が内蔵されている本体ケースから構成されている。この本体ケースをルーフに固着することにより、ルーフに多周波用アンテナを取り付けることができるようになる。
ところで、上記したように移動電話に用いられる周波数帯には、利用者の増加に伴って複数の周波数帯が割り当てられている。例えば、日本におけるＰＤＣ方式（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｅｌｌｕｌａｒ ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）では、８００ＭＨｚ帯（８１０ＭＨｚ〜９５６ＭＨｚ）と１．４ＧＨｚ帯（１４２９ＭＨｚ〜１５０１ＭＨｚ）が割り当てられており、欧州においては８００ＭＨｚ帯（８７０ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚ）のＧＳＭ方式と、１．７ＧＨｚ帯（１７１０ＭＨｚ〜１８８０ＭＨｚ）のＤＣＳ方式とが採用されている。このような複数の周波数帯でアンテナを動作させるには、それぞれの周波数帯で動作するアンテナを設けるのであるが、互いの動作に影響を与えないように２つのアンテナをチョークコイルを介して接続するのが一般的とされている。
しかしながら、トラップコイル等のチョークコイルでは、広い周波数帯域にわたり信号を分離することが困難である。すなわち、それぞれの周波数帯で動作するアンテナ間にチョークコイルを設けても、移動電話帯のように広い周波数帯域の場合には、その周波数帯域にわたりそれぞれのアンテナを独立して動作させることができず、互いに影響を与えて良好に動作させることができないという問題点があった。
また、チョークコイルを設けることによりアンテナが大型化されるという問題点があった。
そこで、本発明は、少なくとも２つの異なる広い周波数帯域にわたり動作すると共に、小型化された多周波用アンテナを提供することを目的としている。
発明の開示
上記目的を達成するために、本発明の多周波用アンテナは、アンテナパターンと、該アンテナパターンに近接して無給電素子パターンが形成されているアンテナ基板と、該アンテナ基板を収納しているアンテナケース部と、上部エレメントと下部エレメントとの間にチョークコイルが配置されており、前記アンテナケース部に取り付けられた際に、前記アンテナ基板に形成されている前記アンテナパターンの上端に前記下部エレメントの下端が接続されるアンテナエレメントとを備え、前記下部エレメント、前記アンテナパターンおよび無給電素子パターンからなるアンテナ手段が、第１周波数帯と、該第１周波数帯のほぼ２倍の周波数帯とされる第２周波数帯で動作可能とされている。
さらに、上記本発明の多周波用アンテナにおいて、前記第１周波数帯および前記第２周波数帯が移動無線帯とされていてもよい。
さらにまた、上記本発明の多周波用アンテナにおいて、前記上部エレメントおよび前記チョークコイルを含むアンテナ全体が、前記第１周波数帯より低い第３周波数帯で動作可能とされていてもよい。
さらにまた、上記本発明の多周波用アンテナにおいて、前記第１周波数帯および前記第２周波数帯と、前記第３周波数帯とを分波する分波手段が、前記アンテナケース部内に内蔵されている基板に組み込まれていてもよい。
さらにまた、上記本発明の多周波用アンテナにおいて、前記分波手段には、前記第１周波数帯および前記第２周波数帯に対する整合回路が含まれていてもよい。
このような本発明によれば、下部エレメント、アンテナ基板に形成されているアンテナパターンおよび無給電素子パターンからなるアンテナ手段が、チョークコイルを用いることなく第１周波数帯と、該第１周波数帯のほぼ２倍の周波数帯とされる第２周波数帯で動作可能となるので、多周波用アンテナを小型化することができる。
また、下部エレメントにチョークコイルを介して接続されている上部アンテナを含む全体においてＦＭ／ＡＭ放送を受信することができる。そして、多周波用アンテナで受信された多周波の信号は、分波手段により、移動無線帯の信号とＦＭ／ＡＭ信号とに分波される。この場合、移動無線帯を分波する部分に整合回路も組み込まれ、分波手段がアンテナケース部に内蔵されることから、多周波用アンテナをコンパクトな構成とすることができる。
発明を実施するための最良の形態
本発明の多周波用アンテナの実施の形態の構成を第１図および第２図に示す。ただし、第１図は本発明の多周波用アンテナの全体構成を示す図であり、第２図はその一部を拡大して示す図である。
これらの図に示すように、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナ１は、ホイップアンテナとされたアンテナエレメント１０と、このアンテナエレメント１０が着脱自在に取り付けられるアンテナケース部２から構成されている。このアンテナケース部２は、金属製のアンテナベース部３（第３図および第４図参照）と、アンテナベース部３に嵌合されている樹脂製のカバー部２ｂとから構成されている。アンテナエレメント１０は、屈曲可能な可撓性エレメント部１１と、可撓性エレメント部１１の上端に設けられたヘリカル状に形成されているヘリカルエレメント部５と、このヘリカルエレメント部５の上端に設けられたアンテナトップ４とを備えている。さらに、可撓性エレメント部１１の下端には、チョークコイル１２の一端が接続されており、チョークコイル１２の他端はＤネット（ＧＳＭ）用の上部エレメントに相当する電話用エレメント１３に接続されている。この電話用エレメント１３の下端には固定ネジ部１４が設けられている。そして、ヘリカルエレメント部５の下部と、可撓性エレメント部１１、チョークコイル１２、電話用エレメント１３および固定ネジ部１４の上部はモールドされてアンテナ基部６が構成されている。この場合、電話用エレメント１３はアンテナエレメント１０における下部エレメントを構成している。
ここでいうＤネットとは前記したＧＳＭ方式による移動無線帯を意味し、後述するＥネットとは前記したＤＣＳ方式による移動無線帯を意味するものとする。
なお、ヘリカルエレメント部５の表面にはコイル状に巻回された風切音防止手段が設けられている。また、可撓性エレメント部１１はアンテナエレメント１０に横加重が加えられた際に屈曲して加重を吸収し、折損を防止するための部分である。この可撓性エレメント部１１は、可撓性を有するワイヤーケーブルやコイルスプリングにより構成することができる。
ここで、アンテナエレメント１０およびカバー部２ｂを取り外した多周波用アンテナ１の構成の上面図を第３図に、その平面図を第４図に示し、これらの図も参照して多周波用アンテナ１の説明を行う。
樹脂成形により形成されているカバー部２ｂは、第３図および第４図に示す金属製のアンテナベース部３に嵌合されており、このアンテナベース部３からは車体のルーフ等に取り付けるための円筒状の取付部３ａが突出して形成されている。この取付部３ａの外周面にはネジが切られており、取付部３ａにナットを螺着することにより、アンテナベース部３とナットとの間に車体を挟持するよう固着することができる。なお、アンテナベース部３とカバー部２ｂとは、アンテナベース部３に形成された一対のネジ挿通孔３ｃに、裏面から一対のネジを挿通してカバー部２ｂに螺着することにより一体化されている。取付部３ａには、その軸に沿って貫通孔が形成されており、その貫通孔を介してアンテナケース部２内からＤネットおよびＥネット用のＴＥＬ出力ケーブル３１、ＡＭ／ＦＭ出力ケーブル３２および電源ケーブル３３が導出されている。この際に、取付部３ａにおける貫通孔には図示していない切欠溝が軸方向に形成されており、この切欠溝を利用することにより、ＴＥＬ出力ケーブル３１やＡＭ／ＦＭ出力ケーブル３２をアンテナベース部３の裏面にほぼ平行に導出することができる。ＴＥＬ出力ケーブル３１の先端には第１端子３１ａが設けられており、ＡＭ／ＦＭ出力ケーブル３２の先端には第２端子３２ａが設けられており、これらの端子３１ａ，３２ａは、それぞれ車内に搭載された対応する機器に接続される。
このアンテナケース部２を構成しているカバー部２ｂの上端には、アンテナエレメント１０が着脱自在に取り付けられるホット金具２ａがインサート成形されている。このホット金具２ａに、アンテナエレメント１０の固定ネジ部１４を螺着することにより、アンテナエレメント１０をアンテナケース部２に機械的かつ電気的に固着することができる。アンテナケース部２内には、アンテナ基板７とアンプ基板９との２枚のプリント基板が立設されて収納されている。このアンテナ基板７とアンプ基板９は、アンテナベース部３の上面に固着されているアース金具３ｂにハンダ付けされることにより立設して固着されている。アンテナ基板７の上端にはＬ字状に折曲されている接続片８ｂがハンダ付け等により固着されて設けられており、ホット金具２ａ内から接続ネジ８ａが接続片８ｂに螺着されている。これにより、ホット金具２ａに固着されたアンテナエレメント１０が、接続ネジ８ａ，接続片８ｂを介してアンテナ基板７に電気的に接続されるようになる。
本発明の多周波用アンテナ１において特徴的な構成は、アンテナケース部２に内蔵されたアンテナ基板７が有している。アンテナ基板７には、Ｅネット用のアンテナとして動作するアンテナパターン７ａが形成されている。このアンテナパターン７ａは、電話用エレメント１３と協働することによりＤネット用のエレメントとしても動作している。ここで、アンテナ基板７の構成について第７図および第８図を参照して説明を行う。
アンテナ基板７の表面の構成を第７図に示し、アンテナ基板７の裏面の構成を第８図に示す。これらの図に示すように、アンテナ基板７はアンテナケース部２の内部空間の形状に合わせて変形させた六角形とされている。このアンテナ基板７の表面の上部から中央部にかけて幅広のアンテナパターン７ａが形成されており、アンテナ基板７の裏面にもほぼ同形状の幅広のアンテナパターン７ａが形成されている。表面と裏面とのアンテナパターン７ａは図示していないが、複数のスルーホールにより相互に接続されている。そして、このアンテナパターン７ａに近接して無給電素子パターン７ｂがアンテナ基板７に形成されている。この無給電素子パターン７ｂの下端はアースパターン７ｄに接続されている。この無給電素子パターン７ｂを形成することによりアンテナパターン７ａがＤＣＳ（Ｅネット）の周波数帯においても動作可能となる。なお、アースパターン７ｄはアンテナ基板７の表面と裏面の下部に形成されている。また、アンテナパターン７ａおよび無給電素子パターン７ｂとアースパターン７ｄとの間には、それぞれの周波数帯に分波する分波回路を構成しているローパスフィルタ（ＬＰＦ）２１および整合回路を含むハイパスフィルタ（ＨＰＦ）２０が組み込まれる回路パターン７ｃが形成されている。アンテナ基板７にはＬＰＦ２１の出力部にスルーホール２１ａが、ＨＰＦ２０の出力部にスルーホール２０ａが設けられている。
このアンテナ基板７の寸法の一例を示すと、アンテナ基板７の幅Ｌ１は約４９．５ｍｍとされ、高さＬ２は約２１．９ｍｍとされる。また、無給電素子パターン７ｂの長さは約４０ｍｍ前後とされ、アンテナパターン７ａと無給電素子パターン７ｂとの間隙は約２〜３ｍｍとされている。これらの寸法は、アンテナパターン７ａおよび無給電素子パターン７ｂをＥネットおよびＤネット用とした場合であり、適用される周波数帯が異なれば上記寸法も異なるようになる。
なお、無給電素子パターン７ｂをアンテナ基板７の表面に形成することに替えて裏面に形成してもよく、また、無給電素子パターン７ｂを必ずしもアースパターン７ｄに接続する必要はない。
第７図および第８図に示す構成のアンテナ基板７を備える多周波用アンテナ１の等価回路を第５図に示す。第１図ないし第３図に示すように、アンテナ基板７の上端には金属製の接続片８ｂが設けられており、この接続片８ｂはアンテナパターン７ａの上端に接続されている。そして、アンテナエレメント１０における固定ネジ部１４がアンテナケース部２のホット金具２ａに螺着されることにより、ホット金具２ａに接続ネジ８ａを介して接続されている接続片８ｂにアンテナエレメント１０が電気的に接続されるようになる。これにより、第５図に示すようにヘリカルエレメント部５および可撓性エレメント部１１からなる上部エレメント１０ａ、チョークコイル１２、電話用エレメント１３およびアンテナパターン７ａは直列に接続される。このアンテナパターン７ａには近接して無給電素子パターン７ｂが配置されている。
そして、本発明にかかる多周波用アンテナ１は、第５図に示すようにアンテナ全体によりＦＭ放送に共振して受信することができると共に、ＡＭ放送を受信することができる。また、ＤネットやＥネットの移動無線帯においてはチョークコイル１２がハイインピーダンスとなってアイソレーションされるため、電話用エレメント１３とアンテナパターン７ａおよび無給電素子パターン７ｂが、Ｄネットに共振してＧＳＭ方式の周波数帯の送受信を行うことができると共に、Ｅネットに共振してＤＣＳ方式の周波数帯において送受信することができるようになる。ただし、電話用エレメント１３とアンテナパターン７ａおよび無給電素子パターン７ｂからなるアンテナが、ＥネットおよびＤネットにおいて動作する理由は解明中である。また、アンテナ基板７にはＡＭ／ＦＭの周波数帯の信号と、ＤネットおよびＥネットの周波数帯とを分波するＨＰＦ２０とＬＰＦ２１からなる分波回路が組み込まれており、アンプ基板９には、分波したＡＭ／ＦＭの周波数帯の信号を増幅する増幅回路が組み込まれている。
すなわち、多周波用アンテナ１の出力端は、ＨＰＦ２０とＬＰＦ２１とに接続されており、ＨＰＦ２０によりＤネットおよびＥネットの周波数帯域成分が分波され、分波された信号がＧＳＭ／ＤＣＳ出力端子から出力される。また、ＬＰＦ２１によりＡＭ／ＦＭの周波数帯域成分が分波され、分波された信号がアンプ基板９におけるＡＭ／ＦＭ増幅器２２により増幅されてＡＭ／ＦＭ出力端子から出力される。また、多周波用アンテナ１のアンテナ特性を向上するために、ＨＰＦ２０には整合回路が組み込まれている。
ここで、アンテナ基板７に組み込まれるＨＰＦ２０とＬＰＦ２１との回路の一例を第６図に示す。
アンテナ基板７における端子ＡＮＴ ＩＮはアンテナパターン７ａの上端に接続されている接続片８ｂに相当する。ＨＰＦ２０はアンテナパターン７ａの下端に接続されており、直列接続されたキャパシタＣ１，Ｃ２と、その間とアース間にインダクタＬ１を備えるＴ型のハイパスフィルタとされている。さらに、キャパシタＣ２の出力側とアース間にはキャパシタＣ３と出力インピーダンス調整用の抵抗Ｒが接続されている。ＨＰＦ２０では、ＤネットとＥネットの周波数帯域成分が分波され、分波された信号がＧＳＭ／ＤＣＳ出力端子から出力される。なお、キャパシタＣ３とＴ型のハイパスフィルタは、多周波用アンテナ１と無線機側とをインピーダンス整合する整合回路としても機能している。
一方、ＬＰＦ２１もアンテナパターン７ａの下端に接続されており、直列接続されたインダクタＬ２，Ｌ３と、その間とアース間に接続されたキャパシタＣ４とを備えるＴ型のローパスフィルタとされている。ＬＰＦ２１で分波されたＡＭ／ＦＭの周波数帯域成分は、アンテナ基板７からアンプ基板９に供給され、アンプ基板９におけるＡＭ／ＦＭ増幅器２２により増幅されて、ＡＭ／ＦＭ出力端子から出力される。
ところで、アンテナ基板７において、アンテナパターン７ａに無給電素子パターン７ｂを近接配置することにより、電話用エレメント１３とアンテナ基板７上に形成されているアンテナパターン７ａとからなるアンテナが、ＤＣＳの周波数帯域でも動作するようになる。この無給電素子パターン７ｂの作用を説明するために、無給電素子パターン７ｂの形状を第７図に示す形状から変更した際のアンテナ特性を次に示す。
まず、本発明の多周波用アンテナ１におけるアンテナ基板７上に形成されている無給電素子パターンを第４５図に示すように変更してみる。第４５図においては、無給電素子パターン７ｂにおいて破線で示す部分を切り取り、幅を細くすると共にアンテナパターン７ａとの間隙を広げた形状の無給電素子パターン７７ｂとしている。第４５図に示すアンテナ基板７とした場合の多周波用アンテナ１のアンテナ特性を、アンテナ基板７を第７図および第８図に示す構成とした際のアンテナ特性と対比して、第４６図ないし第４９図に示す。第４６図は、ＧＳＭの周波数帯域におけるスミスチャートで示すインピーダンス特性であり、第４７図はＧＳＭの周波数帯域における電圧定在波比（ＶＳＷＲ）特性を示している。また、第４８図は、ＤＣＳの周波数帯域におけるスミスチャートで示すインピーダンス特性であり、第４９図はＤＣＳの周波数帯域におけるＶＳＷＲ特性を示している。第４６図ないし第４９図において「本発明」として示しているアンテナ特性は、アンテナ基板７を第７図および第８図に示す構成とした際の特性であり、「Ａ」〜「Ｄ」として示すアンテナ特性はアンテナ基板７を第４５図に示す構成とした際の特性である。
これらのアンテナ特性を観察すると、ＧＳＭの周波数帯域においてはアンテナパターンの形状を第４５図に示すように変更すると、その中心周波数（マーク２：９１５ＭＨｚ）までのアンテナ特性は劣化するが中心周波数を超えるとかえって改善されるようになる。これに対して、ＤＣＳの周波数帯域においてはアンテナパターンの形状を第４５図に示すように変更すると、その周波数帯域全体にわたりアンテナ特性は劣化することがわかる。
次に、本発明の多周波用アンテナ１におけるアンテナ基板７上に形成されている無給電素子パターンを第５０図に示すように変更してみる。第５０図においては、無給電素子パターン７ｂの破線で示す先端部分を切り取り、全長を短くした形状の無給電素子パターン８７ｂとしている。第５０図に示すアンテナ基板７とした場合の多周波用アンテナ１のアンテナ特性を、アンテナ基板７を第７図および第８図に示す構成とした際のアンテナ特性と対比して、第５１図ないし第５４図に示す。第５１図は、ＧＳＭの周波数帯域におけるスミスチャートで示すインピーダンス特性であり、第５２図はＧＳＭの周波数帯域における電圧定在波比（ＶＳＷＲ）特性を示している。また、第５３図は、ＤＣＳの周波数帯域におけるスミスチャートで示すインピーダンス特性であり、第５４図はＤＣＳの周波数帯域におけるＶＳＷＲ特性を示している。第４６図ないし第４９図において「本発明」として示しているアンテナ特性は、アンテナ基板７を第７図および第８図に示す構成とした際の特性であり、「Ｅ」〜「Ｈ」として示すアンテナ特性はアンテナ基板７を第５０図に示す構成とした際の特性である。
これらのアンテナ特性を観察すると、ＧＳＭの周波数帯域においてはアンテナパターンの形状を第５０図に示すように変更すると、その中心周波数（マーク２：９１５ＭＨｚ）までのアンテナ特性は劣化するが中心周波数を超えるとかえって改善されるようになる。これに対して、ＤＣＳの周波数帯域においてはアンテナパターンの形状を第５０図に示すように変更すると、その周波数帯域全体にわたりアンテナ特性は劣化することがわかる。
このことから、無給電素子パターンの形状を変更することにより、ＧＳＭの下側周波数帯と上側周波数帯とのアンテナ特性を逆の方向に調整することができると共に、ＤＣＳの周波数帯域の全体におけるアンテナ特性を調整することができる。そして、第７図および第８図に示す無給電素子パターン７ｂの形状において、ＤＣＳの周波数帯域およびＧＳＭの周波数帯域において最善のアンテナ特性が得られている。
そこで、アンテナ基板７上に形成された無給電素子パターンを第７図および第８図に示す形状とした際の多周波用アンテナ１のアンテナ特性を以下に説明する。
第７図および第８図に示すアンテナ基板７とした場合の多周波用アンテナ１のアンテナ特性を、第９図ないし第１２図に示す。第９図は、ＧＳＭの周波数帯城におけるスミスチャートで示すインピーダンス特性であり、第１０図はＧＳＭの周波数帯域におけるＶＳＷＲ特性を示している。また、第１１図は、ＤＣＳの周波数帯域におけるスミスチャートで示すインピーダンス特性であり、第１２図はＤＣＳの周波数帯域におけるＶＳＷＲ特性を示している。これらのアンテナ特性を観察すると、８７０ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚのＧＳＭの周波数帯域において、最良値約１．１、最悪値約１．４７のＶＳＷＲが得られており、良好なインピーダンス特性が得られていることがわかる。また、１．７１ＧＨｚ〜１．８８ＧＨｚのＤＣＳの周波数帯域において、最良値約１．２、最悪値約１．７８のＶＳＷＲが得られており、良好なインピーダンス特性が得られていることがわかる。
なお、第９図ないし第１２図に示すアンテナ特性は第６図に示す回路構成のＨＰＦ２０およびＬＰＦ２１が設けられている場合のアンテナ特性であり、この場合、ＨＰＦ２０およびＬＰＦ２１の各素子の値は次のようにされている。ＨＰＦ２０においてキャパシタＣ１，Ｃ２は約３ｐＦ、キャパシタＣ３は約０．５ｐＦ、インダクタＬ１は約１５ｎＨとされており、ＬＰＦ２１はインダクタＬ２は約３０ｎＨの空芯コイル、インダクタＬ３は０．１２μＨ、キャパシタＣ４は約１３ｐＦとされている。
前述したようにＨＰＦ２０には整合回路が組み込まれており、この整合回路の作用を説明するために、第６図に示すＬＰＦ２１およびＨＰＦ２０（キャパシタＣ３を含む）を取り去った場合のアンテナ特性を第１３図ないし第１６図に示す。第１３図は、ＧＳＭの周波数帯域におけるスミスチャートで示すインピーダンス特性であり、第１４図はＧＳＭの周波数帯域におけるＶＳＷＲ特性を示している。また、第１５図は、ＤＣＳの周波数帯域におけるスミスチャートで示すインピーダンス特性であり、第１６図はＤＣＳの周波数帯域におけるＶＳＷＲ特性を示している。これらのアンテナ特性を観察すると、８７０ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚのＧＳＭの周波数帯域において、ＶＳＷＲは最良値約２．１９、最悪値約３．２４に劣化したインピーダンス特性となっていることがわかる。また、１．７１ＧＨｚ〜１．８８ＧＨｚのＤＣＳの周波数帯域において、ＶＳＷＲは最良値約２．６、最悪値約３．３８に劣化したインピーダンス特性となっていることがわかる。
このように整合回路を取り去ると、ＧＳＭおよびＤＣＳの周波数帯域においてアンテナ特性が劣化することがわかる。
次に、参考までに無給電素子パターン７ｂの作用を説明するために、無給電素子パターン７ｂ、および、第６図に示すＬＰＦ２１とＨＰＦ２０（キャパシタＣ３を含む）とを取り去った際のアンテナ特性を第１７図ないし第２０図に示す。第１７図は、ＧＳＭの周波数帯域におけるスミスチャートで示すインピーダンス特性であり、第１８図はＧＳＭの周波数帯域におけるＶＳＷＲ特性を示している。また、第１９図は、ＤＣＳの周波数帯域におけるスミスチャートで示すインピーダンス特性であり、第２０図はＤＣＳの周波数帯域におけるＶＳＷＲ特性を示している。これらのアンテナ特性を観察すると、８７０ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚのＧＳＭの周波数帯域において、ＶＳＷＲは最良値約４．８、最悪値約５．６２と大幅に劣化したインピーダンス特性となっていることがわかる。また、１．７１ＧＨｚ〜１．８８ＧＨｚのＤＣＳの周波数帯域において、ＶＳＷＲは最良値約１．６、最悪値約２．６７に劣化したインピーダンス特性となっていることがわかる。
このように無給電素子パターン７ｂおよび整合回路を取り外すと、特にＧＳＭの周波数帯域においてアンテナ特性が劣化することがわかる。
次に、本発明にかかる多周波用アンテナ１のＤＣＳの周波数帯域およびＧＳＭの周波数帯域における垂直面内指向特性および水平面内指向特性を、第２２図ないし第４４図に示す。
第２２図ないし第２４図に示す垂直面内指向特性は、ＤＣＳの周波数帯域において、第２１図に示すように多周波用アンテナ１を直径約１ｍのグランドプレーン５０上に配置した際の側面から見た垂直面内の指向特性であり、その仰角および伏角の角度は第２１図に示す角度とされている。第２２図は、ＤＣＳの下限周波数である１７１０ＭＨｚにおける垂直面内指向特性であり、同心円上の円は−３ｄＢ毎に描かれている。この指向特性を観察すると、±６０°〜±９０°の方向および天頂方向に大きなゲインが得られている。この場合のアンテナゲインは、１／２波長ダイポールアンテナ比で約＋２．５５ｄＢの高いゲインが得られている。
第２３図は、ＤＣＳの中央周波数である１７９５ＭＨｚにおける垂直面内指向特性であり、同心円上の円は−３ｄＢ毎に描かれている。この指向特性を観察すると、−３０°近辺および４５°近辺でゲインが落ち込んでいるものの、１００°〜−１００°の方向において良好な指向特性が得られている。この場合のアンテナゲインは、１／２波長ダイポールアンテナ比で約＋１．８２ｄＢの高いゲインが得られている。
第２４図は、ＤＣＳの上限周波数である１８８０ＭＨｚにおける垂直面内指向特性であり、同心円上の円は−３ｄＢ毎に描かれている。この指向特性を観察すると、−３０°近辺および４５°近辺でゲインが落ち込んでいるものの、１００°〜−１００°の方向において良好な指向特性が得られている。この場合のアンテナゲインは、１／２波長ダイポールアンテナ比で約＋１．９８ｄＢの高いゲインが得られている。
第２６図ないし第２８図に示す垂直面内指向特性は、ＤＣＳの周波数帯域において、第２５図に示すように多周波用アンテナ１を直径約１ｍのグランドプレーン５０上に配置した際の正面から見た垂直面内の指向特性であり、その仰角および伏角の角度は第２５図に示す角度とされている。第２６図は、ＤＣＳの下限周波数である１７１０ＭＨｚにおける垂直面内指向特性であり、同心円上の円は−３ｄＢ毎に描かれている。この指向特性を観察すると、−９０°近辺および天頂方向でゲインが落ち込んでいるものの、約１００°〜−７５°の方向において良好な指向特性が得られている。この場合のアンテナゲインは、１／２波長ダイポールアンテナ比で約−４．３３ｄＢのゲインが得られている。
第２７図は、ＤＣＳの中央周波数である１７９５ＭＨｚにおける垂直面内指向特性であり、同心円上の円は−３ｄＢ毎に描かれている。この指向特性を観察すると、−９０°近辺および天頂方向近辺でゲインが落ち込んでいるものの、９０°〜−８０°の方向において良好な指向特性が得られている。この場合のアンテナゲインは、１／２波長ダイポールアンテナ比で約−１．９ｄＢのゲインが得られている。
第２８図は、ＤＣＳの上限周波数である１８８０ＭＨｚにおける垂直面内指向特性であり、同心円上の円は−３ｄＢ毎に描かれている。この指向特性を観察すると、−９０°近辺および天頂方向近辺でゲインが落ち込んでいるものの、９０°〜−８０°の方向において良好な指向特性が得られている。この場合のアンテナゲインは、１／２波長ダイポールアンテナ比で約−１．５９ｄＢのゲインが得られている。
第３０図ないし第３２図に示す垂直面内指向特性は、ＤＣＳの周波数帯域において、第２９図に示すように多周波用アンテナ１を直径約１ｍのグランドプレーン５０上に配置した際の水平面内の指向特性であり、その角度は第２９図に示すように前方方向が０°とされている。第３０図は、ＤＣＳの下限周波数である１７１０ＭＨｚにおける水平面内指向特性であり、同心円上の円は−３ｄＢ毎に描かれている。この指向特性を観察すると、−１００°近辺および９０°近辺でゲインが落ち込んでいるものの、ほぼ無指向性の良好な指向特性が得られている。この場合のアンテナゲインは、１／４波長ホイップアンテナ比で約０ｄＢのゲインが得られている。
第３１図は、ＤＣＳの中央周波数である１７９５ＭＨｚにおける水平面内指向特性であり、同心円上の円は−３ｄＢ毎に描かれている。この指向特性を観察すると、−１００°近辺および９０°〜１２０°近辺でゲインが落ち込んでいるものの、ほぼ無指向性の良好な指向特性が得られている。この場合のアンテナゲインは、１／４波長ホイップアンテナ比で約−０．８３ｄＢのゲインが得られている。
第３２図は、ＤＣＳの上限周波数である１８８０ＭＨｚにおける水平面内指向特性であり、同心円上の円は−３ｄＢ毎に描かれている。この指向特性を観察すると、−９０°〜−１２０°近辺および８０°から１２０°近辺でゲインが落ち込んでいるものの、ほぼ無指向性の良好な指向特性が得られている。この場合のアンテナゲインは、１／４波長ホイップアンテナ比で約−０．５１ｄＢのゲインが得られている。
第３４図ないし第３６図に示す垂直面内指向特性は、ＧＳＭの周波数帯域において、第３３図に示すように多周波用アンテナ１を直径約１ｍのグランドプレーン５０上に配置した際の側面から見た垂直面内の指向特性であり、その仰角および伏角の角度は第３３図に示す角度とされている。第３４図は、ＧＳＭの下限周波数である８７０ＭＨｚにおける垂直面内指向特性であり、同心円上の円は−３ｄＢ毎に描かれている。この指向特性を観察すると、１０°近辺および−９０°近辺においてゲインが落ち込んでいるものの、９０°〜−８０°の方向において良好なゲインが得られている。この場合のアンテナゲインは、１／２波長ダイポールアンテナ比で約−０．１５ｄＢのゲインが得られている。
第３５図は、ＧＳＭの中央周波数である９１５ＭＨｚにおける垂直面内指向特性であり、同心円上の円は−３ｄＢ毎に描かれている。この指向特性を観察すると、−８０°以下の方向および９０°近辺でゲインが落ち込んでいるものの、８０°〜−７５°の方向において良好な指向特性が得られている。この場合のアンテナゲインは、１／２波長ダイポールアンテナ比で約＋０．８ｄＢのゲインが得られている。
第３６図は、ＧＳＭの上限周波数である９６０ＭＨｚにおける垂直面内指向特性であり、同心円上の円は−３ｄＢ毎に描かれている。この指向特性を観察すると、−８０°以下の方向および９０°近辺でゲインが落ち込んでいるものの、８５°〜−８０°の方向において良好な指向特性が得られている。この場合のアンテナゲインは、１／２波長ダイポールアンテナ比で約−０．４７ｄＢのゲインが得られている。
第３８図ないし第４０図に示す垂直面内指向特性は、ＧＳＭの周波数帯域において、第３７図に示すように多周波用アンテナ１を直径約１ｍのグランドプレーン５０上に配置した際の正面から見た垂直面内の指向特性であり、その仰角および伏角の角度は第３７図に示す角度とされている。第３８図は、ＧＳＭの下限周波数である８７０ＭＨｚにおける垂直面内指向特性であり、同心円上の円は−３ｄＢ毎に描かれている。この指向特性を観察すると、−２０°近辺、天頂近辺および２０°近辺の方向でゲインが落ち込んでいるものの、約９０°〜−９０°の方向において良好な指向特性が得られている。この場合のアンテナゲインは、１／２波長ダイポールアンテナ比で約−０．０１ｄＢのゲインが得られている。
第３９図は、ＧＳＭの中央周波数である９１５ＭＨｚにおける垂直面内指向特性であり、同心円上の円は−３ｄＢ毎に描かれている。この指向特性を観察すると、−３０°近辺、天頂近辺および３０°近辺の方向でゲインが落ち込んでいるものの、９０°〜−９０°の方向において良好な指向特性が得られている。この場合のアンテナゲインは、１／２波長ダイポールアンテナ比で約＋１．２４ｄＢの高いゲインが得られている。
第４０図は、ＧＳＭの上限周波数である９６０ＭＨｚにおける垂直面内指向特性であり、同心円上の円は−３ｄＢ毎に描かれている。この指向特性を観察すると、−３０°近辺、天頂近辺および３０°近辺の方向でゲインが落ち込んでいるものの、９０°〜−９０°の方向において良好な指向特性が得られている。この場合のアンテナゲインは、１／２波長ダイポールアンテナ比で約＋１．２１ｄＢの高いゲインが得られている。
第４２図ないし第４４図に示す垂直面内指向特性は、ＧＳＭの周波数帯域において、第４１図に示すように多周波用アンテナ１を直径約１ｍのグランドプレーン５０上に配置した際の水平面内の指向特性であり、その角度は第４１図に示すように前方方向が０°とされている。第４２図は、ＧＳＭの下限周波数である８７０ＭＨｚにおける水平面内指向特性であり、同心円上の円は−３ｄＢ毎に描かれている。この指向特性を観察すると、０°近辺および−１８０°近辺でゲインがやや落ち込んでいるものの、ほぼ無指向性の良好な指向特性が得られている。この場合のアンテナゲインは、１／４波長ホイップアンテナ比で約−１．３８ｄＢのゲインが得られている。
第４３図は、ＧＳＭの中央周波数である９１５ＭＨｚにおける水平面内指向特性であり、同心円上の円は−３ｄＢ毎に描かれている。この指向特性を観察すると、ほぼ無指向性の良好な指向特性が得られている。この場合のアンテナゲインは、１／４波長ホイップアンテナ比で約−１．１３ｄＢのゲインが得られている。
第４４図は、ＧＳＭの上限周波数である９６０ＭＨｚにおける水平面内指向特性であり、同心円上の円は−３ｄＢ毎に描かれている。この指向特性を観察すると、０°近辺でゲインが落ち込んでいるものの、ほぼ無指向性の良好な指向特性が得られている。この場合のアンテナゲインは、１／４波長ホイップアンテナ比で約−１．４３ｄＢのゲインが得られている。
これらの垂直面内指向特性参照すると、ＤネットおよびＥネットの周波数帯域において低仰角方向に大きなゲインがほぼ得られており、移動無線に好適な多周波用アンテナ１となることがわかる。また、これらの水平面内指向特性を参照すると、アンテナケース部２に内蔵したアンテナ基板７にアンテナパターン７ａと無給電素子パターン７ｂとを形成するようにしても、ＧＳＭとＤＣＳとの２つの周波数帯域においてほぼ無指向性とされている水平面内指向特性が得られることがわかる。
以上説明した本発明の多周波用アンテナにおいて、アンテナ基板７に形成されている無給電素子パターン７ｂは、第７図に示す形状に限られるものではなく、アンテナ基板７の形状や使用周波数帯域に応じて変更してもよいものである。この場合、使用周波数帯域において良好なＶＳＷＲ値が得られるように無給電素子パターン７ｂの形状は、その幅や長さが調整された形状とされる。
また、アンテナ基板７に組み込まれているＨＰＦ２０およびＬＰＦ２１の定数は、上述した値に限るものではなく、使用周波数帯域や使用される移動無線機におけるアンテナ接続部のインピーダンス等に応じて変更される。この場合、使用周波数帯域において良好なＶＳＷＲ値が得られる値とされる。
産業上の利用可能性
本発明は以上説明したように、下部エレメント、アンテナ基板に形成されているアンテナパターンおよび無給電素子パターンからなるアンテナ手段が、チョークコイルを用いることなく第１周波数帯と、該第１周波数帯のほぼ２倍の周波数帯とされる第２周波数帯で動作可能となるので、多周波用アンテナを小型化することができる。
また、下部エレメントにチョークコイルを介して接続されている上部アンテナを含む全体においてＦＭ／ＡＭ放送を受信することができる。そして、多周波用アンテナで受信された多周波の信号は、分波手段により、移動無線帯の信号とＦＭ／ＡＭ信号とに分波される。この場合、移動無線帯を分波する部分に整合回路も組み込まれ、分波手段がアンテナケース部に内蔵されることから、多周波用アンテナをコンパクトな構成とすることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの全体構成を示す図である。
第２図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの一部を拡大して示す図である。
第３図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナにおいて、アンテナエレメントおよびカバー部を取り外した構成の上面図である。
第４図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナにおいて、アンテナエレメントおよびカバー部を取り外した構成の平面図である。
第５図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの等価回路示す図である。
第６図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナにおけるアンテナ基板に組み込まれる分波回路の回路図である。
第７図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナにおけるアンテナ基板の表面の構成を示す図である。
第８図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナにおけるアンテナ基板の裏面の構成を示す図である。
第９図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナのＧＳＭの周波数帯域におけるインピーダンス特性を示すスミスチャートである。
第１０図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナのＧＳＭの周波数帯域におけるＶＳＷＲ特性を示す図である。
第１１図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナのＤＣＳの周波数帯域におけるインピーダンス特性を示すスミスチャートである。
第１２図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナのＤＣＳの周波数帯域におけるＶＳＷＲ特性を示す図である。
第１３図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナにおいて、整合回路を取り外した場合のＧＳＭの周波数帯域におけるインピーダンス特性を示すスミスチャートである。
第１４図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナにおいて、整合回路を取り外した場合のＧＳＭの周波数帯域におけるＶＳＷＲ特性を示す図である。
第１５図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナにおいて、整合回路を取り外した場合のＤＣＳの周波数帯域におけるインピーダンス特性を示すスミスチャートである。
第１６図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナにおいて、整合回路を取り外した場合のＤＣＳの周波数帯域におけるＶＳＷＲ特性を示す図である。
第１７図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナにおいて、整合回路および無給電素子パターンを除去した場合のＧＳＭの周波数帯域におけるインピーダンス特性を示すスミスチャートである。
第１８図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナにおいて、整合回路および無給電素子パターンを除去した場合のＧＳＭの周波数帯域におけるＶＳＷＲ特性を示す図である。
第１９図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナにおいて、整合回路および無給電素子パターンを除去した場合のＤＣＳの周波数帯域におけるインピーダンス特性を示すスミスチャートである。
第２０図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナにおいて、整合回路および無給電素子パターンを除去した場合のＤＣＳの周波数帯域におけるＶＳＷＲ特性を示す図である。
第２１図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの垂直面内指向特性の測定態様を示す図である。
第２２図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの１７１０ＭＨｚにおける垂直面内指向特性を示す図である。
第２３図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの１７９５ＭＨｚにおける垂直面内指向特性を示す図である。
第２４図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの１８８０ＭＨｚにおける垂直面内指向特性を示す図である。
第２５図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの垂直面内指向特性の測定態様を示す図である。
第２６図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの１７１０ＭＨｚにおける垂直面内指向特性を示す図である。
第２７図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの１７９５ＭＨｚにおける垂直面内指向特性を示す図である。
第２８図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの１８８０ＭＨｚにおける垂直面内指向特性を示す図である。
第２９図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの水平面内指向特性の測定態様を示す図である。
第３０図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの１７１０ＭＨｚにおける水平面内指向特性を示す図である。
第３１図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの１７９５ＭＨｚにおける水平面内指向特性を示す図である。
第３２図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの１８８０ＭＨｚにおける水平面内指向特性を示す図である。
第３３図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの垂直面内指向特性の測定態様を示す図である。
第３４図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの８７０ＭＨｚにおける垂直面内指向特性を示す図である。
第３５図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの９１５ＭＨｚにおける垂直面内指向特性を示す図である。
第３６図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの９６０ＭＨｚにおける垂直面内指向特性を示す図である。
第３７図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの垂直面内指向特性の測定態様を示す図である。
第３８図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの８７０ＭＨｚにおける垂直面内指向特性を示す図である。
第３９図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの９１５ＭＨｚにおける垂直面内指向特性を示す図である。
第４０図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの９６０ＭＨＺにおける垂直面内指向特性を示す図である。
第４１図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの水平面内指向特性の測定態様を示す図である。
第４２図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの８７０ＭＨｚにおける水平面内指向特性を示す図である。
第４３図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの９１５ＭＨＺにおける水平面内指向特性を示す図である。
第４４図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの９６０ＭＨＺにおける水平面内指向特性を示す図である。
第４５図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナのアンテナ基板における無給電素子パターンの形状を変更した構成を示す図である。
第４６図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナのアンテナ基板における無給電素子パターンの形状を変更した場合のＧＳＭの周波数帯域におけるインピーダンス特性を示すスミスチャートである。
第４７図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナのアンテナ基板における無給電素子パターンの形状を変更した場合のＧＳＭの周波数帯域におけるＶＳＷＲ特性を示す図である。
第４８図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナのアンテナ基板における無給電素子パターンの形状を変更した場合のＤＣＳの周波数帯域におけるインピーダンス特性を示すスミスチャートである。
第４９図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナのアンテナ基板における無給電素子パターンの形状を変更した場合のＤＣＳの周波数帯域におけるＶＳＷＲ特性を示す図である。
第５０図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナのアンテナ基板における無給電素子パターンの形状を変更した他の構成を示す図である。
第５１図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナのアンテナ基板における無給電素子パターンの形状を変更した場合のＧＳＭの周波数帯域におけるインピーダンス特性を示すスミスチャートである。
第５２図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナのアンテナ基板における無給電素子パターンの形状を変更した場合のＧＳＭの周波数帯域におけるＶＳＷＲ特性を示す図である。
第５３図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナのアンテナ基板における無給電素子パターンの形状を変更した場合のＤＣＳの周波数帯域におけるインピーダンス特性を示すスミスチャートである。
第５４図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナのアンテナ基板における無給電素子パターンの形状を変更した場合のＤＣＳの周波数帯域におけるＶＳＷＲ特性を示す図である。
Claims (4)
- アンテナパターンと、該アンテナパターンに近接して約４０ｍｍ前後とされた長さの無給電素子パターンが形成されているアンテナ基板と、
該アンテナ基板を収納しているアンテナケース部と、
上部エレメントと下部エレメントとの間にチョークコイルが配置されており、前記アンテナケース部に取り付けられた際に、前記アンテナ基板に形成されている前記アンテナパターンの上端に前記下部エレメントの下端が接続されるアンテナエレメントとを備え、
前記下部エレメント、前記アンテナパターンおよび無給電素子パターンからなるアンテナ手段が、Ｄネットとされる第１周波数帯と、該第１周波数帯のほぼ２倍の周波数帯とされるＥネットとされる第２周波数帯で動作可能とされていることを特徴とする多周波用アンテナ。 - 前記上部エレメントおよび前記チョークコイルを含むアンテナ全体が、前記第１周波数帯より低い第３周波数帯で動作可能とされていることを特徴とする請求の範囲第１項記載の多周波用アンテナ。
- 前記第１周波数帯および前記第２周波数帯と、前記第３周波数帯とを分波する分波手段が、前記アンテナケース部内に内蔵されている基板に組み込まれていることを特徴とする請求の範囲第１項記載の多周波用アンテナ。
- 前記分波手段には、前記第１周波数帯および前記第２周波数帯に対する整合回路が含まれていることを特徴とする請求の範囲第４項記載の多周波用アンテナ。
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