JP4068488B2 - 電磁結合型ｎ点給電ループアンテナ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人工衛星からの電波（以下「衛星波」とも呼ぶ。）又は地上での電波（以下「地上波」とも呼ぶ。）を受信してデジタルラジオ放送を聴取することが可能なデジタルラジオ受信機に関し、特に、デジタルラジオ受信機に用いられるループアンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、人工衛星からの電波（衛星波）又は地上波を受信して、デジタルラジオ放送を聴取可能にしたデジタルラジオ受信機が開発され、米国において実用化されようとしている。このデジタルラジオ受信機は、自動車等の移動局に搭載され、周波数が約２．３３８ＧＨｚの電波を受信してラジオ放送を聴取することが可能である。すなわち、デジタルラジオ受信機は、モバイル放送を聴取することが可能なラジオ受信機である。受信電波の周波数が約２．３３８ＧＨｚなので、そのときの受信波長（共振波長）λは約１２８．３ｍｍである。
【０００３】
尚、地上波は、衛星波を一旦、地球局で受信した後、周波数を若干シフトし、直線偏波で再送信したものである。
【０００４】
このような、約２．３３８ＧＨｚの周波数の電波を受信するためには、自動車の車外にアンテナを設置する必要がある。種々の構造を持つ各種アンテナが提案されているが、一般的に円筒型のアンテナが平面型（平板型）のものより使用されている。その理由は、広い指向性がアンテナを円筒形に形成することによって達成されるからである。
【０００５】
尚、この技術分野において周知のように、自由空間に放射される電磁波は、波の進行方向と直角な面内に振動する電界と磁界をもった横波である。そして、電界と磁界はその面内で強さが変化するが、これを偏波という。衛星波は円偏波であるのに対して、地上波は直線偏波である。
【０００６】
以下では、衛星波（円偏波）を受信するためのアンテナについて主に説明する。円筒型アンテナの１つとしてループアンテナがこの技術分野において知られている。ループアンテナは、円筒または円柱（以下「円筒」と呼ぶ。）状部材の周りに１本の導線をループ状に巻いた構造をしている。ループ全周を１波長付近に選ぶと電流分布は正弦波状となり、軸方向に指向性をもつアンテナとなることが知られている。
【０００７】
このようなループアンテナにおいては、それに給電することが必要であるが、４点で給電するのが一般的である。円偏波を受信するために、給電は互いに９０°の位相差を持つ４点で行われる。このような４点で給電する型のループアンテナは４点給電ループアンテナと呼ばれる。従来の４点給電ループアンテナではループ部に対して直接給電が行われている。
【０００８】
詳述すると、従来の４点給電ループアンテナは、可撓性の絶縁フィルム部材を中心軸の回りに筒状に丸めて形成された筒体と、この筒体にその周面に沿って中心軸の回りにループ状に形成された導体よりなるループ部と、このループ部へ４点で給電するために、筒体にその周面上に形成された４本の給電線とを有し、ループ部と４本の給電線の各々とは直接接続されている。
【０００９】
尚、４点給電ループアンテナにおいて、そのループ部で受信された電波は、４本の給電線を介して移相器によって位相をシフトすることにより位相を一致させて（調整して）合成された後、低雑音増幅器（ＬＮＡ）によって増幅され、受信機本体へ送られる。ここで、４点給電ループアンテナと移相器とＬＮＡとの組合せは、アンテナ装置と呼ばれる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の４点給電ループアンテナでは、ループ部に対して直接給電を行っていたので、給電インピーダンスが高くなり過ぎてしまうという問題がある。その為、従来の４点給電ループアンテナは、インピーダンスマッチングをとることが困難になるという問題がある。
【００１１】
この問題を解決するために、本出願人らは、インピーダンスマッチングを容易にとることが可能な４点給電ループアンテナを提案した（特願２００１年３０００２２号参照、以下「先願」という）。
【００１２】
この先願に係る４点給電ループアンテナでは、ループ部と４本の給電線の各々との間にギャップを設け、電磁結合によって給電するようにしている。このような構造の４点給電ループアンテナは「電磁結合型４点給電ループアンテナ」と呼ばれる。
【００１３】
詳述すると、先願に係る電磁結合型４点給電ループアンテナにおいて、絶縁フィルム部材は、上辺と下辺と第１の側辺と第２の側辺とを持つ実質的に矩形の形状をしている。第１の側辺と第２の側辺とを互いに接続することにより筒体を形成している。ループ部は絶縁フィルム部材の一面に上辺近傍に形成されている。
【００１４】
そして、先願に係る電磁結合型４点給電ループアンテナの一例では、４本の給電線の各々は、絶縁フィルム部材の下辺からループ部の近傍まで延在している。ループ部には、４本の給電線に対して、それぞれ、ギャップを空けた状態でループ部から４本の給電線に沿って下辺へ向けて延在する４本の電磁結合線が接続されている。
【００１５】
しかしながら、この先願に係る電磁結合型４点給電ループアンテナでは、各給電線毎に１本の電磁結合線を設けた構造をしているので、電磁結合部の面積が制限されることになる。その結果、インピーダンスや周波数特性の調整範囲も制限されてしまう。
【００１６】
また、この先願に係る電磁結合型４点給電ループアンテナでは、そのアンテナの高さを低くした場合、各給電端子でのインピーダンスが低くなり過ぎるという問題もある。
【００１７】
したがって、本発明の課題は、電磁結合部の面積を増加して、インピーダンスや周波数特性の調整範囲を広げることができる、電磁結合型Ｎ点給電ループアンテナを提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、可撓性の絶縁フィルム部材（２０）を中心軸（Ｏ）の回りに筒状に丸めて形成された筒体（１１）と、この筒体にその周面に沿って中心軸の回りにループ状に形成された導体よりなるループ部（１２）と、このループ部へＮ（Ｎは２以上の整数）点で給電するために、筒体にその周面上に形成されたＮ本の給電線（１３）とを有し、Ｎ本の給電線（１３）の各々は垂直上方に延出しており、ループ部とＮ本の給電線の各々との間にギャップ（δ）を設け、電磁結合によって給電される電磁結合型Ｎ点給電ループアンテナ（１０）であって、ループ部には２Ｎ本の電磁結合線（１７）の一端がそれぞれ接続されており、２Ｎ本の電磁結合線（１７）の各々はループ部（１２）から垂直下方へ延出しており、２Ｎ本の電磁結合線（１７）の一対は、それぞれ、各給電線を両側から挟むようにギャップ（δ）を空けた状態でループ部から給電線に沿って延在していることを特徴とする電磁結合型Ｎ点給電ループアンテナ（１０）が得られる。
【００２０】
本発明において、Ｎ本の給電線は、前記筒体の周面上に等角度間隔を空けて配置されていることが好ましい。前記Ｎは、例えば、４である。
【００２１】
上記電磁結合型Ｎ点給電ループアンテナに於いて、絶縁フィルム部材（２０）は、上辺（２０_U）と下辺（２０_L）と第１の側辺（２０_S1）と第２の側辺（２０_S2）とを持つ実質的に矩形の形状をしており、第１の側辺と第２の側辺とを互いに接続することにより筒体（１１）が形成されることが望ましい。また、ループ部（１２）は絶縁フィルム部材の一面に上辺近傍に形成されていることが望ましい。更に、Ｎの給電線（１３）の各々は、絶縁フィルム部材の下辺からループ部の近傍まで延在していることが好ましい。
【００２２】
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。
【００２３】
【発明の実施の形態】
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。
【００２４】
図１乃至図３を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る電磁結合型４点給電ループアンテナ１０について説明する。
【００２５】
尚、図１（ａ）および（ｂ）において、符号３０は、ポールアンテナを示している。即ち、図１（ａ）および（ｂ）に示したアンテナは、ループアンテナ／モノポールアンテナを複合一体的に備えたアンテナ装置であり、電磁結合型４点給電ループアンテナ１０によって衛星波を受信可能であると共に、ポールアンテナ３０によって地上波を受信可能である。
【００２６】
図示の電磁結合型４点給電ループアンテナ１０は、後で詳述するように可撓性の絶縁フィルム部材を中心軸Ｏの回りに筒状に丸めて形成された筒体１１と、この筒体１１にその周面に沿って中心軸Ｏの回りにループ状に形成された導体よりなるループ部１２と、このループ部１２へ４点で給電するために、筒体１１にその周面上に形成された４本の給電線１３とを有する。ループ部１２を構成する導体としては、例えば銅箔が使用される。また、筒体１１を構成する可撓性の絶縁フィルム部材としては、例えば、ポリイミドなどのプラスチックが使用される。筒体１１の直径は２０ｍｍである。また、ポールアンテナ３０の上方突出長は、１．８ｍｍである。
【００２７】
ここで、本発明では、図２に示されるように、ループ部１２と４本の給電線１３の各々との間にはギャップ（隙間）δが設けられ、電磁結合によってループ１２への給電を行っている。図示の例では、ギャップδは、例えば、０．４ｍｍであるが、０．２〜０．８ｍｍの範囲にあることが好ましい。
【００２８】
尚、図１に示されるように、筒体１１の筒軸方向における一端は回路基板１４に固定されている。この回路基板１４の主面１４ａ上には移相器１５が形成され、回路基板１４の裏面１４ｂ上には接地導体パターン（図示せず）が形成されている。そして、４本の給電線１３の給電端子１３ａは移相器１５の入力端子と半田１６により電気的及び機械的に接続されている。
【００２９】
図３を参照すると、筒体１１を形成するための絶縁フィルム部材２０は、上辺２０_Uと、下辺２０_Lと、第１の側辺２０_S1と、第２の側辺２０_S2とを持つ実質的に矩形の形状をしている。そして、第１の側辺２０_S1と第２の側辺２０_S2とを互いに接続することにより、図１に示されるような、筒体１１が形成される。この第１の側辺２０_S1と第２の側辺２０_S2との接続は、例えば、両面接着テープや接着剤などによって行われる。
【００３０】
また、ループ部１２は、絶縁フィルム部材２０の一面に上辺２０_U近傍に形成されている。絶縁フィルム部材２０を丸めて筒体１１を形成する際、ループ部１２の両端間が半田により電気的に接続される。
【００３１】
図示の実施の形態では、４本の給電線１３の各々は、絶縁フィルム部材２０の下辺２０_Lからループ部１２の近傍まで中心軸Ｏと平行に延在している。そして、ループ部１２には、４本の給電線１３に対して、それぞれ、各給電線１３を両側から挟むようにギャップδを空けて近接した状態でループ部１２から４本の給電線１３に沿って下辺２０_Lへ向けて延在する８本の電磁結合線１７が接続されている。換言すれば、各給電線１３に対して一対の電磁結合線１７が設けられている。すなわち、本実施の形態では、ギャップ（隙間）δをくし型にしている。互いに隣接する給電線１３と電磁結合線１７との間の結合長さＬを変えることによって、電磁結合型４点給電ループアンテナ１０の周波数特性を変えることができる。
【００３２】
絶縁フィルム部材２０の一面上に形成されるループ部１２、４本の給電線１３、および８本の電磁結合線１７は、同じ伝導材料（例えば、銅箔）から構成されて良い。
【００３３】
一般に、４点給電ループアンテナでは、給電インピーダンスを５０Ωにする必要がある。アンテナの高さ（すなわち、給電端子１３ａからループ部１２までの距離）が２０ｍｍである場合、本発明の第１の実施の形態による電磁結合型４点給電ループアンテナ１０では、各給電端子１３ａでのインピーダンスを２５Ωに低くすることができる。それにより、移相器１５の出力端子１５ａでのインピーダンスを５０Ωにすることができる。すなわち、ループ部１２に対し電磁結合によって給電を行うことにより、インピーダンスマッチングを容易にとることができる。尚、ギャップδの大きさを変えることにより、各給電端子１３ａでのインピーダンスを変えることができる。
【００３４】
これに対して、各給電線１３が直接ループ部１２に接続された構造を有する従来の４点給電ループアンテナでは、各給電端子１３ａでのインピーダンスが２５０〜３００Ωと高くなり過ぎていた。その為、移相器１５の出力端子１５ａでインピーダンスマッチングをとることが困難であった。
【００３５】
尚、前述した先願に係る電磁結合型４点給電ループアンテナでは、各給電線１３に対して１本の電磁結合線１７のみ形成している。先願に係る電磁結合型４点給電ループアンテナと本発明の第１の実施の形態に係る電磁結合型４点給電ループアンテナ１０とにおいて、外形寸法が同じで、かつ上記結合長さＬが同じであるとする。すなわち、両方の電磁結合型４点給電ループアンテナの周波数特性が同じであるとする。このような状況において、同一のインピーダンスを得ようとした場合、本発明の第１の実施の形態に係る電磁結合型４点給電ループアンテナ１０の方が、先願に係る電磁結合型４点給電ループアンテナに比べて、上記ギャップ（隙間）δを広げることができる。一般に、精度良くギャップ（隙間）δを狭く保つように加工（形成）することは困難である。
【００３６】
換言すれば、本発明の第１の実施の形態に係る電磁結合型４点給電ループアンテナ１０では、ギャップ（隙間）δをくし型にすることにより、電磁結合部の面積を増加させることができ、先願に係る電磁結合型４点給電ループアンテナの場合に比較して、インピーダンスおよび周波数特性の調整範囲を広げることが可能となる。
【００５２】
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、上記実施の形態では、給電線１３や電磁結合線１７は、絶縁フィルム部材２０の下辺２０_Lに対して実質的に垂直な方向へ延在しているが、実質的に斜め方向へ延在しても良いのは勿論である。また、上述した実施の形態では、給電線の本数が４本の場合について説明したが、給電線の本数は４本に限定されず、Ｎ（Ｎは２以上の整数）本であって良い。さらに、上述した実施の形態では、本発明をループアンテナに適用した場合について述べているが、パッチアンテナにも応用することが可能である。すなわち、アンテナ素子（ループアンテナにおけるループ部に相当するもの）に電磁結合によって間接的に給電するタイプに適用可能である。
【００５３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明では、ループ部とＮ本の給電線の各々との間にギャップを設け、ループ部への給電を電磁結合によって行う場合において、ループ部に各給電線を両側から挟むように、各給電線毎に一対の電磁結合線を設けて接続して、ギャップをくし型にしたので、電磁結合部の面積を増加させることができ、インピーダンスおよび周波数特性の調整範囲を広げることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態に係る電磁結合型４点給電ループアンテナの構成を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図２】 図１に示した電磁結合型４点給電ループアンテナを構成する、ループ部と４本の給電線との配置関係を示す斜視図である。
【図３】 図１の電磁結合型４点給電ループアンテナの展開図である。
【符号の説明】
１０ 電磁結合型４点給電ループアンテナ
１１ 筒体
１２ ループ部
１３ 給電線
１４ 回路基板
１５ 移相器
１６ 半田
１７ 電磁結合線
２０ 絶縁フィルム部材

Claims (6)

1. 可撓性の絶縁フィルム部材を中心軸の回りに筒状に丸めて形成された筒体と、該筒体にその周面に沿って前記中心軸の回りにループ状に形成された導体よりなるループ部と、該ループ部へＮ（Ｎは２以上の整数）点で給電するために、前記筒体にその周面上に形成されたＮ本の給電線とを有し、前記Ｎ本の給電線の各々は垂直上方に延出しており、前記ループ部と前記Ｎ本の給電線の各々との間にギャップを設け、電磁結合によって給電される電磁結合型Ｎ点給電ループアンテナであって、
   前記ループ部には２Ｎ本の電磁結合線の一端がそれぞれ接続されており、前記２Ｎ本の電磁結合線の各々は前記ループ部から垂直下方へ延出しており、前記２Ｎ本の電磁結合線の一対は、それぞれ、各給電線を両側から挟むように前記ギャップを空けた状態で前記ループ部から前記給電線に沿って延在していることを特徴とする電磁結合型Ｎ点給電ループアンテナ。
2. 前記Ｎ本の給電線は、前記筒体の周面上に等角度間隔を空けて配置されている、請求項１に記載の電磁結合型Ｎ点給電ループアンテナ。
3. 前記Ｎが４である、請求項１又は２に記載の電磁結合型Ｎ点給電ループアンテナ。
4. 前記絶縁フィルム部材は、上辺と下辺と第１の側辺と第２の側辺とを持つ実質的に矩形の形状をしており、前記第１の側辺と前記第２の側辺とを互いに接続することにより前記筒体が形成されている請求項１に記載の電磁結合型Ｎ点給電ループアンテナ。
5. 前記ループ部は前記絶縁フィルム部材の一面に前記上辺近傍に形成されている請求項４に記載の電磁結合型Ｎ点給電ループアンテナ。
6. 前記Ｎ本の給電線の各々は、前記絶縁フィルム部材の上記下辺から前記ループ部の近傍まで延在している請求項５に記載の電磁結合型Ｎ点給電ループアンテナ。

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