JP4234643B2 - 車載アンテナ - Google Patents

Description

本発明は、グランドに相当する地板と、この地板から所定距離離間した位置に配置され給電に応じて流れる進行波に伴って電波を放射するスパイラル形状の放射素子を有する車載アンテナに関する。

カールアンテナやスパイラルアンテナ等、進行波給電された円偏波アンテナでは放射素子−地板間の距離（アンテナ高）ｈが、軸比特性等に大きく影響することは広く知られており、一般的にはλ／４程度の時、軸比特性が最良になることから、放射素子−地板間の距離を短くして低姿勢化することは困難である。これを改善する従来技術として、進行波給電された円偏波アンテナを低姿勢化するため、カールアンテナ素子のアーム幅（線幅）を広くするものが提案されている（特許文献１参照）。
特開２００３−２１８６３２号公報

しかしながら、特許文献１のものでは、アンテナの放射部分のデザインが複雑になり作製が困難になってしまう。また、線幅の太さが必要となり、放射部分の表面積低減が難しく、小型化が困難になるという問題が発生している。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、簡単な構造で線幅が太くなることなく、低姿勢化を図ることができる車載アンテナを提供することにある。

放射素子に進行波が流れると、それと反対方向に地板電流が流れる。このとき、放射素子と地板との間の距離が短い場合は、地板電流の影響を受けやすくなり、定在波が増大して交差偏差比が悪化するものの、請求項１の発明によれば、地板に形成されたスリットにより、地板電流の発生が抑制されるので、低姿勢化を図りながら定在波の影響を抑制して交差偏差比が悪化してしまうことを防止できる。

この場合、スリットは放射素子の形状に一致しており、地板において放射素子に対向する部位が空間部となるので、放射素子に進行波が流れるにしても、地板電流を効果的に抑制することができる。

請求項２の発明によれば、スリットが存在するにしても、スリットを満たしている誘電体に電子部品を配設することが可能となり、地板のスペース効率を高めることができる。

以下、本発明の一実施例を図１ないし図８を参照して説明する。図１は、車載アンテナを模式的に示す斜視図、図２はその分解斜視図、図３は車載アンテナの形状を理解し易いように強調して示す斜視図である。これらの図１ないし図３において、車載アンテナ１は、スパイラルアンテナ（放射素子に相当）２と地板３とから構成されており、その間の距離（地板−アンテナ間距離ｈ）は５ｍｍに設定されている。

スパイラルアンテナ２は放射素子として機能するようにサイズ（□６７ｍｍ）が設定されており、銅線によってスパイラル形状に形成されている。このスパイラルアンテナの経路長は、受信波長λとすると、ほぼ２λに設定されている。つまり、この車載アンテナがＧＰＳ用アンテナとして構成されている場合は、その受信周波数は約１．５ＧＨｚであるので、スパイラルアンテナの長さは約４０ｃｍとなる。
尚、スパイラルアンテナ２を構成する素材は銅線に限らず、導電性フィルムや銅箔で構成してもよい。

地板３はスパイラルアンテナ２よりも大きなサイズ（□９０ｍｍ）を有し、両面に銅箔が添着されたガラスエポキシ基板よりなる。スパイラルアンテナ２と地板３は銅ワイヤーで接続され、地板３と図示しない給電線の接続箇所に給電点４を設けて固定されている。この場合、給電線の長さは、地板−アンテナ間距離ｈと等しく５ｍｍに設定されている。この給電点４には、図示しない同軸ケーブルを通じて約１．５ＧＨｚ帯の高周波電力が給電される。

ここで、本実施例の車載アンテナ１においては、地板−アンテナ間距離ｈは、通常の５０ｍｍ（＝λ／４）に比較して１／１０の５ｍｍ（＝λ／４０）に設定されている。これは、本実施例は、アンテナの低姿勢化を図ることにより、ＧＰＳアンテナの小型化を図っているからである。
ところで、上述したスパイラルアンテナ２では、進行波を放射素子に乗せることにより円偏波アンテナとして動作させるようになっているものの、地板−アンテナ間距離ｈがλ／４よりも小さくなると、定在波の割合が増加して進行波が乗りにくくなり、交差偏波比が悪化して円偏波アンテナとしての性能が低下することが知られている。つまり、アンテナ高さが低くなると、スパイラルアンテナ２に流れる進行波とは逆向きに流れる地板電流の影響を強く受けるようになり、進行波に対する定在波の割合が増加してしまって、交差偏波比が悪化するのである。

そこで、本実施例では、地板３に所定形状のスリットを形成し、そのスリットにより交差偏差比が悪化することを防止するようにした。即ち、地板３に、スパイラルアンテナ２と同形状のスパイラル形状のスリット５をスパイラルアンテナ２の直下となる位置に形成し、スパイラルアンテナ２とスリット５、つまり空間部とが対向するようにした。このようなスリット５を形成した結果、スパイラルアンテナ２に進行波が流れるにしても、その進行波による地板電流が発生しない、或いは発生するにしても抑制することができるので、定在波の発生を抑制して交差偏差比を高めることができる。

本発明者は、次のような実験により地板３に形成したスリットの効果を確かめた。即ち、地板として□９０ｍｍのものを用い、地板−アンテナ間距離ｈを５ｍｍに設定した車載アンテナ１において、図４に示すように地板３にスリットを形成しない場合と、図５に示すように３０×７０ｍｍの矩形状のスリット６を給電点４が対称中心となるように２個形成した場合と、図６に示すようにスパイラルアンテナ２と同じスパイラル形状のスリット５を形成した場合とを１．５ＧＨｚ帯で比較した。この実験の結果、地板３にスリット５，６を形成した場合の方が、スリットが形成されていない図４に示す構成に比較して交差偏差比が高いことを確認した。

これは、地板３にスリットが形成されていない車載アンテナでは、アンテナ高さが低いことにより、スパイラルアンテナ２とは逆向きに流れる地板電流の影響を強く受けるため、進行波に対する定在波の割合が増加してしまい、交差偏波比が悪化するからである。
これに対して、地板３にスリット５，６が形成された車載アンテナでは、地板電流がスリット５，６を回避するように流れることから、地板電流が小さくなり、そのため、進行波に対する定在波の割合が低くなり、交差偏波比が向上したと考えられる。特に、図６に示すように、地板３に、スパイラルアンテナ２と同じスパイラル形状のスリット５を形成した場合、地板３において、スパイラルアンテナ２に対向する部位は空間部となっているので、スパイラルアンテナ２に流れた進行波に応じた地板電流が流れず、交差偏差比を効果的に高めることができる。

さて、上述したようにアンテナ高さが低い場合は、地板３に、スパイラルアンテナ２と同じスパイラル形状のスリット５を形成するのが最も効果的であるものの、図５に示したような矩形状のスリット６でも効果があることを確認できたことから、地板３に形成するスリット６の面積について考察する。
図７は、地板３のスリット面積を変化した場合の交差偏波比のシミュレーション結果を示し、図８は、Ｆ／Ｂ（Front to Side ratio）のシミュレーション結果を示している。これらの図７及び図８において、交差偏波比とＦ／Ｂの線形性を保つことができる範囲として、スリット面積を、地板３の面積の１／４以上且つ３／４以下が望ましいことが判明した。これは、スリット面積が小さくなると、交差偏差比が低下するのに対して、スリット面積が大きくなると、Ｆ／Ｂの線形性が低下するトレードオフの関係にあることに起因する。

このような実施例によれば、地板３に、スパイラルアンテナ２と同じ形状のスパイラル形状のスリット５を形成し、スパイラルアンテナ２とスリット５とが対向するようにしたので、スパイラルアンテナ２に進行波が流れた場合に、反対方向へ地板電流が流れることを防止することができる。従って、アンテナの低姿勢化を図るにしても、簡単な構造で線幅が太くなることなく、地板電流による影響を防止して、交差偏波比が低下してしまうことを防止できる。

しかも、地板３においてスリット５が形成されている部位は、スパイラルアンテナ２の直下となる部位であるので、地板においてスパイラルアンテナ２から外れた部位に多数の電子部品を配置することが可能となり、図５に示すような矩形状のスリット６を形成する場合に比較して、スペース効率を高めることができる。

（その他の実施例）
本発明のスリットとしては、種々の形状のものを実施することができる。
図９は、異なるスリット形状を示す地板３の斜視図である。この図９において、（ａ）のものは、スリット７の一端部を地板３の端部まで延長することによりスリット７の端部を開放し、（ｂ）のものは、細長矩形状のスリット８を複数平行に形成し、（ｃ）のものは、比較的小さなスリット９を多数形成し、（ｄ）のものは、環状のスリット１０を複数形成し、（ｅ）のものは、スリット１１をＬ字形状に形成し、（ｆ）のものは、スリット１２の内部にガラス基板１３をはめ込んだものである。これらのスリットの総面積は、地板３の面積の１／４以上且つ３／４以下が望ましいものの、その数値に限定されることなく実施できるのは勿論である。

また、地板３の銅箔部分のみ取り去り、ガラスエポキシ基板等が存在してもスリットとしての役割を果たすことができる。要するに、車載アンテナは地板からある一定距離離れた放射素子を備えていることを満たせば、素材や構成にかかわらず実施可能である。
放射素子の形状は、スパイラル形状に限らず、種々の形状のものを実施可能である。

本発明の一実施例における車載アンテナを模式的に示す斜視図 車載アンテナの分解斜視図 形状を誇張して示す図１相当図 地板にスリットを形成しない場合を示す（ａ）図１相当図、（ｂ）交差偏差比 地板に矩形状のスリットを形成した場合を示す（ａ）図１相当図、（ｂ）交差偏差比 地板にスパイラル形状のスリットを形成した場合を示す（ａ）図１相当図、（ｂ）交差偏差比 地板のスリット面積を変化した場合の交差偏波比のシミュレーション結果 地板のスリット面積を変化した場合のＦ／Ｂのシミュレーション結果 本発明の他のスリット形状を示す地板の斜視図

符号の説明

図面中、１は車載アンテナ、２はスパイラルアンテナ（放射素子）、３は地板、４は給電点、５〜１２はスリットである。

Claims (2)

1. グランドに相当する地板と、この地板から所定距離離間した位置に配置され給電に応じて流れる進行波に伴って電波を放射するスパイラル形状の放射素子を有する車載アンテナにおいて、
   前記地板に、前記放射素子に対向すると共に前記放射素子の形状に一致したスリットを形成したことを特徴とする車載アンテナ。
2. 前記スリットは、内部に位置する空間部が誘電体で満たされていることを特徴とする請求項１記載の車載アンテナ。

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