JP4059998B2 - Antenna device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、3つ以上の所定の周波数帯の信号を共振させて送受信できるアンテナ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
国内TV放送のVHF(LOW)、VHF(HIGH)、UHFの3つの周波数帯の信号をともに送受信するための車載用および屋内卓上用の従来のアンテナ装置にあっては、約1m程度の物理的長さを有するモノポールアンテナが汎用されていた。これは、3つの周波数帯の中で最も低い周波数であるVHF(LOW)に対してほぼ1/4波長に設定したものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
従来のアンテナ装置にあっては、約1mとその占有空間が大きく、また長尺であるために折れるなどの破損の危険性も高く、より小型化したものが強く要望されていた。そこで、従来のアンテナを単に小型化することが考えられるが、単に小型化したものはその利得やVSWRなどのアンテナ特性が劣化する傾向にあるとともに、所定のアンテナ特性で送受信できる帯域幅が狭くなり、所望の周波数帯で充分に送受信できる帯域幅が確保できない、という不具合が生じて実用が困難であった。
【0004】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、小型化してもアンテナ特性が劣化せず、かつ所望の周波数帯に対して所定の帯域幅が得られるアンテナ装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明のアンテナ装置は、ヘリカルエレメントの中間部にコイルとコンデンサの並列共振回路からなるローディング回路を有する第1素子部と、この第1素子部の軸方向と略平行でその外側に近接して配置したアンテナエレメント部の基端を前記第1素子部の給電点に容量結合してなる第2素子部と、を備え、前記ローディング回路の並列共振周波数を第1周波数帯とこれよりも高い周波数の第2周波数帯との中間の値に設定して前記第1素子部の実効長を前記第1周波数帯と第2周波数帯に対してそれぞれにほぼ1/4波長に設定し、前記第2素子部の物理的長さを前記第1素子部の物理的長さよりも短くするとともに前記第2素子部の実効長を前記第2周波数帯よりも高い周波数の第3周波数帯に対して前記容量結合の容量を含んでほぼ1/4波長に設定して構成されている。
【0006】
また、ヘリカルエレメントの中間部にコイルとコンデンサの並列共振回路からなるローディング回路を有する第1素子部と、この第1素子部の軸心にまたは同軸心状に配置したアンテナエレメント部の基端を前記第1素子部の給電点に容量結合してなる第2素子部と、を備え、前記ローディング回路の並列共振周波数を第1周波数帯とこれよりも高い周波数の第2周波数帯との中間の値に設定して前記第1素子部の実効長を前記第1周波数帯と第2周波数帯に対してそれぞれにほぼ1/4波長に設定し、前記第2素子部の物理的長さを前記第1素子部の物理的長さよりも短くするとともに前記第2素子部の実効長を前記第2周波数帯よりも高い周波数の第3周波数帯に対して前記容量結合の容量を含んでほぼ1/4波長に設定して構成しても良い。
【0007】
そして、前記第1素子部の物理的長さが、前記第1周波数帯の1/10ないし1/20波長に設定して構成することもできる。
【0008】
また、前記アンテナエレメント部を棒状エレメントで構成することもできる。
【0009】
また、前記ローディング回路のコイルが、前記ヘリカルエレメントと同じ巻径で同軸上に構成することもできる。
【0010】
また、前記第2素子部の容量結合を、前記アンテナエレメント部の基端を前記給電点に直流的に電気的接続せずに近接配置して構成することもできる。
【0011】
さらに、前記第1素子部と第2素子部がともに弾性変形可能であるとともに、前記第1素子部と第2素子部を一体的に覆うように、弾力性を有する絶縁樹脂で1本の棒状体にカバーをモールド成型して構成しても良い。
【0012】
また、前記給電点に、所定の周波数帯の信号を帯域毎に分波する分波器を設け、その分波して出力された信号を増幅する増幅器をそれぞれに設けて構成することもできる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第1実施例を図1ないし図5を参照して説明する。図1は、本発明のアンテナ装置の第1実施例の構成図である。図2は、ローディング回路の動作を説明する図である。図3は、等価回路図である。図4は、VSWR特性図である。図5は、利得特性図である。
【0014】
図1において、弾力性を有する導電金属線からなるヘリカルエレメント10は、その中間部が同じ巻径でかつ同軸上でピッチが密に巻回されてローディング回路12用のコイル10aとされ、このコイル10aの両端にコンデンサ14が並列に電気的接続される。これらのコイル10aとコンデンサ14の並列共振回路によりローディング回路12が形成されている。そして、ヘリカルエレメント10とその中間部に設けられたローディング回路12で第1素子部16が構成されている。また、ヘリカルエレメント10の外側に近接して軸方向と略平行に弾力性を有する導電金属線からなるアンテナエレメント部18としての棒状エレメントが配設される。このアンテナエレメント部18の基端は、第1素子部16の給電点20と僅かに離されて、直流的に電気的接続されずに近接配置されて、浮遊容量28で容量結合がなされる。そして、給電点20に、同軸ケーブル22の中心導体が電気的接続され、その外部導体には給電点20の近傍で地線24が電気的接続される。さらに、第1素子部16と第2素子部32の全体を一体的に覆って外形形状が1本の棒状となるように、弾力性を有する絶縁樹脂でカバー26がモールド成型される。
【0015】
そして、ローディング回路12の共振周波数は、一例として第1周波数帯f1としてのVHF(LOW)とこれよりも高い周波数である第2周波数帯f2としてのVHF(HIGH)との中間の値に設定される。そこで、図2に示すごとく、ローディング回路12は、第1周波数帯f1に対してインダクタンス成分として作用し、第2周波数帯f2に対してキャパシタンス成分として作用する。この結果、第1素子部16は、第1周波数帯f1に対してはインダクタンス効果により1/4波長の実効長を有するとともに、第2周波数帯f2に対してもキャパシタンス効果により1/4波長の実効長を有することができ、図3のごとく、ともに共振することができる。
【0016】
また、第2素子部32のアンテナエレメント部18は、ヘリカルエレメント10に近接して配設されるので、相互結合干渉を生じて第2素子部32の帯域幅が狭くなる虞がある。しかし、本発明では、アンテナエレメント部18の基端が浮遊容量28により給電点20に対して容量結合されるので、この容量結合による低周波数遮断効果により大幅に干渉を低減することができ、帯域幅を維持することができる。そして、第2素子部32の実効長を第2周波数帯f2よりも高い周波数の第3周波数帯f3としてのUHFに対して、容量結合の浮遊容量28を含んでほぼ1/4波長として、図3のごとく、共振させることができる。なお、第1素子部16の物理的長さは、一例として約250mmである。そして、アンテナエレメント部18としての棒状エレメントの物理的長さは、一例として100mmである。また、ヘリカルエレメント10とアンテナエレメント部18の間隔は、5〜10mmであって第3周波数帯f3の約1/100波長程度である。さらに、浮遊容量28を構成するアンテナエレメント部18の基端と給電点20の間隔は、1〜2mm程度である。
【0017】
かかる構成のアンテナ装置のアンテナ特性を測定したところ、図4に示すごとく、VHF(LOW)、VHF(HIGH)、UHFの第1周波数帯f1,第2周波数帯f2,第3周波数帯f3のいずれに対しても良好なVSWR特性が示された。また、図5に示すごとく、第1周波数帯f1,第2周波数帯f2,第3周波数帯f3のいずれに対しても良好な利得と充分な帯域幅が得られた。
【0018】
ところで、第1素子部16の物理的長さをできるだけ短縮して、共振させようとする周波数の1/10波長程度の長さとすると、アンテナ特性の劣化が生じてくる。そして、さらに短縮して1/20波長程度の長さとすると、そのアンテナ特性の劣化が著しく実用に耐えない。そこで、本発明では、図1に示すごとく、ローディング回路12を介装するなどの対策を施すことでアンテナ特性の劣化を抑制して、実験的に実用に供し得る範囲でできるだけ短縮し、第1素子部16を約250mmの長さとしたものを実現し、小型化の要請と実用に充分に耐え得る性能との両立が図られている。
【0019】
次に、本発明の第2実施例を図6を参照して説明する。図6は、本発明のアンテナ装置の第2実施例の構成図である。図6において、図1ないし図5に示す部材と同じもしくは均等な部材には、同じ符号を付けて重複する説明を省略する。
【0020】
図6に示す第2実施例にあっては、第2素子部32を構成するアンテナエレメント部18が、第1素子部16のヘリカルエレメント10の軸心に配設され、その基端がディスクリート部品のコンデンサ30を介して給電点20に電気的接続されている。かかる構成にあっては、第1実施例よりもその外形形状を細くできるとともに軸心を中心とする軸対称となり屈曲に対しても方向性がなく良好である。ここで、第2実施例のごとくアンテナエレメント部18をヘリカルエレメント10の軸心に配設することで、相互結合干渉を生じ易く、帯域幅が充分に得られにくい。そこで、UHFのごとく広い帯域を必要とする周波数帯には不適当であるが、セルラー電話などの比較的に帯域幅の狭い周波数帯では充分に使用することができる。なお、第2実施例ではディスクリート部品のコンデンサ30で容量結合させているが、浮遊容量により容量結合させても良いことは勿論である。
【0021】
本発明のアンテナ装置は、上記のごとく構成されているが、VHF(LOW),VHF(HIGH),UHFをそれぞれに第1周波数帯f1,第2周波数帯f2,第3周波数帯f3とするものに適用するものに限られないことを以下説明する。まず、AM放送周波数帯では、従来の約1mのモノポールアンテナであっても共振せず、本発明のごとく共振せずに物理的長さの短いアンテナ装置にあっても、その物理的長さに応じた信号強度で受信は可能である。また、FM放送周波数帯では、VHF(LOW)とその周波数帯がほぼ一致しており、第1周波数帯f1を共用できる。そして、DAB(デジタル、オーディオ、ブロードキャスティング)のBAND3の周波数帯は、VHF(HIGH)の周波数帯にほぼ含まれており、第2周波数帯f2を共用することができる。さらに、セルラー電話などの800MHz帯は、UHFの周波数帯と近接しており、第3周波数帯f3を共用できる。また、第3周波数帯f3の帯域幅を広く設定することで、1.5GHzや1.9GHzの電話帯を含ませることも可能である。なお、第3周波数帯f3をUHFに代えて、1.5GHz帯や1.9GHz帯に設定することも可能である。
【0022】
そこで、本発明のアンテナ装置は、実施例で説明した3つの周波数帯の信号を送受信できるのみならず、適宜な設定により4つ以上の周波数帯の信号をも送受信することが可能である。その一例を、図7を参照して説明する。図7において、本発明のアンテナ装置の給電点20が、ローパスフィルタ40とFMバンドパスフィルタ42とDABのBAND3バンドパスフィルタ44とハイパスフィルタ46とが並列接続された分波器48に電気的接続される。そして、ローパスフィルタ40からはAM放送周波数帯の信号が出力され、これがバッファ増幅器50とローパスフィルタ52を介してAM/FM出力端子54に出力される。また、FMバンドパスフィルタ42からはFM放送周波数帯の信号が出力され、これがFM増幅器56とハイパスフィルタ58を介してAM/FM出力端子54に出力される。また、BAND3バンドパスフィルタ44からはDABのBAND3の周波数帯の信号が出力され、BAND3増幅器60を介してBAND3出力端子62に出力される。そして、ハイパスフィルタ46からはDABのLバンドの周波数帯の信号が出力され、Lバンド増幅器64を介してLバンド出力端子66に出力される。図7において、所望の周波数帯に応じて、分波器48で周波数帯毎に分波するためのフィルタを適宜に設定することは勿論である。
【0023】
なお、上記実施例において、第2素子部32のアンテナエレメント部18を棒状エレメントに代えてコイルエレメントを用いても良い。第2実施例において、アンテナエレメント部18としてコイルエレメントを用いる場合には、これをヘリカルエレメント10と同軸心状に配設すれば良い。また、ローディング回路12を構成するコンデンサ14は、デイスクリート部品で構成したものに限られず、平行2線ケーブルなどを用いて適宜に構成しても良い。さらに、実施例では、ローディング回路12のコイル10aをヘリカルエレメント10と同じ巻径としているが、これに限られず、巻径を細くしても良いことは勿論である。
【0024】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のアンテナ装置は構成されているので、以下のごとき格別な効果を奏する。
【0025】
請求項1記載のアンテナ装置にあっては、3つの周波数帯の信号を共振させて送受信でき、しかもその物理的長さを短くできるので、車載用または屋内卓上用の多周波数アンテナとして好適である。特に、第2素子部を給電点に容量結合したので、この容量結合による低周波数遮断効果で大幅に干渉を低減することができ、最も高い周波数の第3周波数帯の帯域幅を広くすることができ、広い帯域を必要とするUHFを受信するのに好適である。
【0026】
また、請求項2記載のアンテナ装置にあっては、請求項1と同様な効果を奏するとともに、第2素子部が第1素子部のヘリカルエレメント内に配設され、その外形をより細くすることができて美観に優れているとともに、弾性変形に対しても方向性がない。しかし、相互結合干渉により第3周波数帯の帯域幅が狭くなる傾向にあり、帯域幅の狭い電話などの周波数帯の信号の送受信に好適である。
【0027】
そして、請求項3記載のアンテナ装置にあっては、物理的長さを短くしたので、特にボディの外側に配設する車載用のアンテナ装置として好適である。
【0028】
また、請求項4記載のアンテナ装置にあっては、アンテナエレメント部として棒状エレメントを用いているので、これをヘリカルコイルの外側に配設した場合に、アンテナエレメント部としてコイルエレメントを用いるものに比較して、アンテナ装置全体の外形を細くすることができる。
【0029】
また、請求項5記載のアンテナ装置にあっては、ローディング回路のコイルを、ヘリカルエレメントに対して同じ巻径で同軸上で、ピッチなどを変えることで製造でき、製造工程が少なく、それだけ製造が容易である。また、一連に構成するので、別部材で構成するよりも部品点数が削減できる。
【0030】
また、請求項6記載のアンテナ装置にあっては、アンテナエレメント部の基端の容量結合を直流的に電気的接続させせずに近接配置して構成するので、コンデンサとしての部品が省かれ、部品点数が少なくなるとともに組立工数も少なく、それだけ量産に好適である。
【0031】
さらに、請求項7記載のアンテナ装置にあっては、モールド成型により全体を一体的に覆うようにカバーを成型するので、組立工数が少ない。しかも、カバーの絶縁樹脂がヘリカルエレメント内にも充填されており、屈曲などに対してその強度が高くなるとともにヘリカルエレメントのピッチに変動を生ずることがなく、アンテナ特性が安定したものとなる。
【0032】
また、請求項8記載のアンテナ装置にあっては、本発明のアンテナ装置を所望の多数の周波数帯のアンテナとして適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のアンテナ装置の第1実施例の構成図である。
【図2】ローディング回路の動作を説明する図である。
【図3】等価回路図である。
【図4】VSWR特性図である。
【図5】利得特性図である。
【図6】本発明のアンテナ装置の第2実施例の構成図である。
【図7】本発明のアンテナ装置で適宜な設定により多数の周波数帯の信号を送受信できることを説明する図である。
【符号の説明】
10 ヘリカルエレメント
10a コイル
12 ローディング回路
14、30 コンデンサ
16 第1素子部
18 アンテナエレメント部
20 給電点
26 カバー
28 浮遊容量
32 第2素子部
48 分波器
50 バッファ増幅器
56 FM増幅器
60 BAND3増幅器
64 Lバンド増幅器
f1 第1周波数帯
f2 第2周波数帯
f3 第3周波数帯[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an antenna device that can resonate and transmit signals of three or more predetermined frequency bands.
[0002]
[Prior art]
A conventional antenna device for in-vehicle use and indoor desk use for transmitting and receiving signals in the three frequency bands of VHF (LOW), VHF (HIGH), and UHF of domestic TV broadcasting is about 1 m A monopole antenna having a length has been widely used. This is set to approximately ¼ wavelength with respect to VHF (LOW) which is the lowest frequency among the three frequency bands.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional antenna device has a large occupied space of about 1 m, and since it is long, there is a high risk of breakage such as breakage, and there has been a strong demand for a smaller antenna device. Therefore, it is conceivable to simply reduce the size of the conventional antenna. However, when the size is simply reduced, the antenna characteristics such as gain and VSWR tend to deteriorate, and the bandwidth that can be transmitted and received with the predetermined antenna characteristics becomes narrower. However, the practical use is difficult due to a problem that a sufficient bandwidth cannot be secured in a desired frequency band.
[0004]
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an antenna device that does not deteriorate the antenna characteristics even if it is downsized, and that can obtain a predetermined bandwidth for a desired frequency band. .
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve such an object, an antenna device of the present invention includes a first element portion having a loading circuit composed of a parallel resonance circuit of a coil and a capacitor at an intermediate portion of a helical element, and an axial direction of the first element portion. A second element portion formed by capacitively coupling a base end of the antenna element portion arranged in parallel and close to the outside thereof to a feeding point of the first element portion, and setting a parallel resonance frequency of the loading circuit to a first The effective length of the first element unit is set to approximately ¼ for each of the first frequency band and the second frequency band by setting an intermediate value between the frequency band and a second frequency band having a higher frequency. The wavelength is set, and the physical length of the second element portion is made shorter than the physical length of the first element portion, and the effective length of the second element portion is set to a frequency higher than that of the second frequency band. 3 before with respect to the frequency band Is constructed by setting a substantially quarter wavelength include capacitance of the capacitive coupling.
[0006]
In addition, a first element part having a loading circuit composed of a parallel resonance circuit of a coil and a capacitor in the middle part of the helical element, and a base end of the antenna element part arranged coaxially or coaxially with the first element part A second element unit that is capacitively coupled to the feeding point of the first element unit, and the parallel resonance frequency of the loading circuit is between the first frequency band and a second frequency band of a higher frequency. The effective length of the first element unit is set to approximately ¼ wavelength for each of the first frequency band and the second frequency band, and the physical length of the second element unit is set to The effective length of the second element part is made shorter than the physical length of the first element part and includes the capacitance of the capacitive coupling with respect to the third frequency band having a frequency higher than the second frequency band. 4 it is configured by setting the wavelength There.
[0007]
In addition, the physical length of the first element unit may be set to 1/10 to 1/20 wavelength of the first frequency band.
[0008]
In addition, the antenna element portion can be composed of a rod-shaped element.
[0009]
Further, the coil of the loading circuit may be configured coaxially with the same winding diameter as the helical element.
[0010]
In addition, the capacitive coupling of the second element portion can be configured by arranging the base end of the antenna element portion close to the feeding point without being electrically connected to the feeding point.
[0011]
Further, both the first element portion and the second element portion can be elastically deformed, and a single rod-like shape is formed with an insulating resin having elasticity so as to integrally cover the first element portion and the second element portion. The cover may be molded on the body.
[0012]
A demultiplexer that demultiplexes a signal of a predetermined frequency band for each band may be provided at the feeding point, and an amplifier that amplifies the signal that is demultiplexed and output may be provided.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a configuration diagram of a first embodiment of an antenna device according to the present invention. FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the loading circuit. FIG. 3 is an equivalent circuit diagram. FIG. 4 is a VSWR characteristic diagram. FIG. 5 is a gain characteristic diagram.
[0014]
In FIG. 1, a
[0015]
As an example, the resonance frequency of the
[0016]
Further, since the
[0017]
When the antenna characteristics of the antenna device having such a configuration were measured, as shown in FIG. 4, any one of the first frequency band f1, the second frequency band f2, and the third frequency band f3 of VHF (LOW), VHF (HIGH), and UHF was measured. Also, a good VSWR characteristic was shown. Further, as shown in FIG. 5, a good gain and a sufficient bandwidth were obtained for any of the first frequency band f1, the second frequency band f2, and the third frequency band f3.
[0018]
By the way, if the physical length of the
[0019]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a block diagram of a second embodiment of the antenna apparatus of the present invention. In FIG. 6, the same or equivalent members as those shown in FIG. 1 to FIG.
[0020]
In the second embodiment shown in FIG. 6, the
[0021]
The antenna device of the present invention is configured as described above, and VHF (LOW), VHF (HIGH), and UHF are set to a first frequency band f1, a second frequency band f2, and a third frequency band f3, respectively. What is not limited to what is applied to is described below. First, in the AM broadcast frequency band, even a conventional monopole antenna of about 1 m does not resonate, and even in an antenna device having a short physical length without resonating as in the present invention, its physical length The signal can be received with a signal strength corresponding to. Further, in the FM broadcast frequency band, VHF (LOW) and the frequency band substantially coincide with each other, and the first frequency band f1 can be shared. The frequency band of BAND3 of DAB (digital, audio, broadcasting) is almost included in the frequency band of VHF (HIGH), and the second frequency band f2 can be shared. Furthermore, the 800 MHz band such as a cellular phone is close to the UHF frequency band, and can share the third frequency band f3. Moreover, it is possible to include a telephone band of 1.5 GHz or 1.9 GHz by setting a wide bandwidth of the third frequency band f3. The third frequency band f3 can be set to 1.5 GHz band or 1.9 GHz band instead of UHF.
[0022]
Therefore, the antenna device of the present invention can not only transmit and receive signals in the three frequency bands described in the embodiments, but can also transmit and receive signals in four or more frequency bands by appropriate settings. An example thereof will be described with reference to FIG. In FIG. 7, the
[0023]
In the above-described embodiment, a coil element may be used instead of the
[0024]
【The invention's effect】
As described above, since the antenna device of the present invention is configured, the following special effects can be obtained.
[0025]
In the antenna device according to
[0026]
Further, the antenna device according to claim 2 has the same effect as that of
[0027]
In the antenna device according to claim 3, since the physical length is shortened, the antenna device is particularly suitable as a vehicle-mounted antenna device disposed outside the body.
[0028]
Further, in the antenna device according to claim 4, since the rod-shaped element is used as the antenna element portion, when this is disposed outside the helical coil, the antenna device portion is compared with that using the coil element as the antenna element portion. Thus, the outer shape of the entire antenna device can be reduced.
[0029]
In the antenna device according to
[0030]
Further, in the antenna device according to claim 6, since the capacitive coupling at the base end of the antenna element portion is configured to be arranged close to each other without being electrically connected in a direct current, parts as a capacitor are omitted, The number of parts is reduced and the number of assembly steps is also reduced, which is suitable for mass production.
[0031]
Furthermore, in the antenna device according to the seventh aspect, the cover is molded so as to integrally cover the whole by molding, so that the number of assembling steps is small. Moreover, the insulating resin of the cover is also filled in the helical element, so that its strength against bending and the like is increased and the pitch of the helical element is not changed, and the antenna characteristics are stabilized.
[0032]
In the antenna device according to the eighth aspect, the antenna device of the present invention can be applied as an antenna having a desired number of frequency bands.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a first embodiment of an antenna device according to the present invention;
FIG. 2 is a diagram illustrating an operation of a loading circuit.
FIG. 3 is an equivalent circuit diagram.
FIG. 4 is a VSWR characteristic diagram.
FIG. 5 is a gain characteristic diagram.
FIG. 6 is a block diagram of a second embodiment of the antenna apparatus of the present invention.
FIG. 7 is a diagram for explaining that signals of a large number of frequency bands can be transmitted and received by an appropriate setting in the antenna device of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
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