JP4387956B2 - Automotive V-shaped trapezoidal element antenna - Google Patents
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本発明は、台形エレメントアンテナに関し、特に自動車等の車両に搭載される車載用V字型台形エレメントアンテナに関する。 The present invention relates to a trapezoidal element antenna, and more particularly to an in-vehicle V-shaped trapezoidal element antenna mounted on a vehicle such as an automobile.
図15は、従来構成におけるダイポールアンテナ20の構造図である。ダイポールアンテナ20の片側のエレメント長をλ/4とすると、エレメントの全長ではλ/2となる。一般的にλ/2のダイポールアンテナ20は半波長ダイポールアンテナとも呼ばれる。また、この時のアンテナ利得は、2.15dBiとなる。
FIG. 15 is a structural diagram of the
図16は、従来構成におけるダイポールアンテナ20の放射パターンの特性図である。X−Y平面でカットしたアンテナパターンは、ダイポールに垂直な方向がピークとなり図に示すように“8の字”のような放射パターンとなる。
FIG. 16 is a characteristic diagram of a radiation pattern of the
図17は、従来構成におけるダイポールアンテナ20のリターンロスを示した特性図である。電力保存の法則より、電気的に測定したリターンロスが空間に放射される電磁波を示すことから、放射電磁波の共振周波数は600MHzとなり、リターンロスの目標値が−10dBと仮定すると帯域幅は550MHz〜650MHzとなる。しかし、このままでは、帯域幅473MHz〜701MHzの地上波デジタル放送受信用としては十分な特性が望めない。
FIG. 17 is a characteristic diagram showing the return loss of the
また、ダイポールアンテナ20を地上波デジタル放送受信用に用い、そのアンテナを自動車へ搭載してダイポールアンテナ20を地上波デジタル放送受信用のアンテナとして使用する場合、帯域幅が狭いため1つのエレメントで帯域幅を満たすことが難しい。
In addition, when the
そこで、特許文献1に示されているようにダイポールアンテナ20のエレメント部を平面化することで帯域幅を広域化する技術が公開されており、帯域幅を広帯域化することが可能となる。
Therefore, as disclosed in
さらに、特許文献2に示されているようなルーフ上に複数のアンテナから構成される複合アンテナを配置する技術も公開されている。
Furthermore, a technique for arranging a composite antenna composed of a plurality of antennas on a roof as shown in
自動車の場合、移動するたびに車両の位置と進行方向が変わり、送信機局との方向関係が変わってしまうので、アンテナの指向性は無指向性であることが好ましい。 In the case of an automobile, the position of the vehicle and the direction of travel change each time the vehicle moves, and the directional relationship with the transmitter station changes. Therefore, the antenna directivity is preferably non-directional.
図18は、車両のバンパー内部にアンテナを搭載した状況を示す模式図である。自動車にて地上波デジタルテレビ放送を受信するために、ダイポールアンテナ20を車両前後の合成樹脂製のバンパー又はアウターパネル内部に搭載して用いられる場合がある。車両前後に設置されたダイポールアンテナ20は、前方又は後方180°の範囲内だけをカバーできれば良く、それ以外の方向から到来する電波を受信する必要はない。しかし、そのままのダイポールアンテナ20では大きすぎ、バンパー又はアウターパネル内部に設置することが難しい。
FIG. 18 is a schematic diagram showing a situation in which an antenna is mounted inside a bumper of a vehicle. In order to receive a terrestrial digital television broadcast in an automobile, the
また、地上波デジタルテレビ放送を受信するためには、アンテナの帯域幅は473MHz〜701MHzをカバーする必要がある。しかし、車両バンパー内部に内蔵する際にはアンテナと金属ボデーとの間隔(d)が狭くなり、金属ボデーの影響によりアンテナの帯域幅がアンテナ単体に比べ、狭くなってしまうという問題もある。 Further, in order to receive terrestrial digital television broadcasting, the bandwidth of the antenna needs to cover 473 MHz to 701 MHz. However, when it is built in the vehicle bumper, the distance (d) between the antenna and the metal body becomes narrow, and there is a problem that the bandwidth of the antenna becomes narrower than that of the antenna alone due to the influence of the metal body.
図19は、車両のバンパー内部に従来構成のダイポールアンテナ20を搭載したときの指向性パターンの特性図である。金属ボデーに沿ってアンテナエレメントが伸びる方向、すなわち、車両の横方向付近(0°,180°)においてはNullが発生し、アンテナ利得も低下する傾向があり、車両後方側の範囲でも電波を受信することができない方向(例えば、図に示す150°のNull)が発生してしまうという問題がある。
FIG. 19 is a characteristic diagram of a directivity pattern when a
以上のような課題を解決するために、本発明に係る車載用V字型台形エレメントアンテナは、対向する長辺と短辺で形成される板状の台形型導電体と、互いに並んだ台形型導電体に給電する給電点と、台形型導電体の短辺側に配置された無給電素子と、を有する台形エレメントアンテナであって、給電点を挟んでV字型に折り曲げられた前記台形エレメントアンテナと、導電性の車両のボデー又はアースと接続された反射板と、前記台形エレメントアンテナと反射板を支持する支持部材と、を有する車載用V字型台形エレメントアンテナにおいて、前記台形エレメントアンテナと前記無給電素子とは、前記反射板を背面側としてV字型に閉じるように前記反射板方向に折り曲げられ、車両の前後に配置してダイバーシチアンテナ構成としたことを特徴とする。
In order to solve the above problems, a V-shaped trapezoidal element antenna for in-vehicle use according to the present invention includes a plate-shaped trapezoidal conductor formed of opposed long sides and short sides, and a trapezoidal shape arranged side by side. A trapezoidal element antenna having a feeding point for feeding power to a conductor and a parasitic element arranged on the short side of the trapezoidal conductor, wherein the trapezoidal element is bent into a V shape across the feeding point An in-vehicle V-shaped trapezoidal element antenna, comprising: an antenna; a reflector connected to a body or ground of a conductive vehicle; and a support member that supports the trapezoidal element antenna and the reflector. wherein a parasitic element, said bent a reflector to the reflective plate direction to close the V-shape as a back side, and a diversity antenna arrangement disposed before and after the vehicle octopus The features.
また、本発明に係る車載用V字型台形エレメントアンテナにおいて、前記給電点は、前記台形型導電体よりも前記反射板から離れた位置に支持部材で支持されることを特徴とする。 In the in-vehicle V-shaped trapezoidal element antenna according to the present invention, the feeding point is supported by a support member at a position farther from the reflector than the trapezoidal conductor.
さらに、本発明に係る車載用V字型台形エレメントアンテナにおいて、前記台形エレメントアンテナの無給電素子は、給電点を通る軸を中心に前記反射板側に折り曲げられた幅の狭い長方形又は台形形状であることを特徴とする。 Furthermore, in the in-vehicle V-shaped trapezoidal element antenna according to the present invention, the parasitic element of the trapezoidal element antenna has a narrow rectangular shape or a trapezoidal shape that is bent toward the reflecting plate with an axis passing through a feeding point as a center. It is characterized by being.
さらにまた、本発明に係る車載用V字型台形エレメントアンテナにおいて、前記台形エレメントアンテナの折り曲げ角度は0度より大きく180度未満であることを特徴とする。 Furthermore, in the in-vehicle V-shaped trapezoidal element antenna according to the present invention, the bending angle of the trapezoidal element antenna is greater than 0 degree and less than 180 degrees.
さらにまた、本発明に係る車載用V字型台形エレメントアンテナにおいて、前記台形エレメントアンテナと前記無給電素子とをV字型に閉じた形状にすることにより、利得が低下するNullを反射板側に配置したことを特徴とする。
Furthermore, in the vehicle V-shaped trapezoidal elements antenna according to the present invention, the by the trapezoid element antenna and the parasitic element in a shape close to a V-shape, a Null the gain is decreased reflecting plate side It is characterized by having been arranged in .
本発明を用いると、Nullの発生を抑え、車両後方180°の範囲で無指向性な放射パターンを持ち、ボデー近傍に搭載しても広帯域な周波数特性を有し、地上波デジタルテレビ放送(帯域幅:473MHz〜701MHz)を受信することが可能な車両用アンテナを実現できるという効果がある。 By using the present invention, generation of null is suppressed, a non-directional radiation pattern in the range of 180 ° behind the vehicle has a wide frequency characteristic even when mounted in the vicinity of the body, and terrestrial digital television broadcasting (band) There is an effect that it is possible to realize a vehicle antenna capable of receiving (width: 473 MHz to 701 MHz).
また、エレメント部の小型化のために無給電素子を使用することで平面化したダイポールアンテナと比較した場合、エレメントサイズを小型化することが可能となる。 In addition, when compared with a dipole antenna that is planarized by using a parasitic element for miniaturization of the element portion, the element size can be reduced.
以下、本発明の参考となる構成(以下参考構成という。)と、本発明の実施の形態(以下実施形態という。)を、図面に従って説明する。 Hereinafter, a configuration (hereinafter referred to as a reference configuration) which is a reference of the present invention and an embodiment of the present invention (hereinafter referred to as an embodiment) will be described with reference to the drawings.
最初に第1の参考構成を用いて説明する。図6は、第1の参考構成における台形エレメントアンテナ1のエレメントパターン図である。台形エレメントアンテナ1は、台形型エレメント3と、給電点2と、台形型エレメントパターンの短辺側に配置された無給電素子4を有している。台形型エレメント3は導電性の金属等の板であり、給電点2は、台形型エレメント3と接続されている。
First, a description will be given using the first reference configuration. FIG. 6 is an element pattern diagram of the
図7は、第1の参考構成における台形エレメントアンテナのリターンロス特性図である。以下、図6と図7を用いて説明する。リターンロスの目標値内に共振周波数f1とf2があり、台形型エレメント3と給電点2を含む台形エレメントアンテナ1の下辺の長さはL1であり、上辺の長さはL2である。それぞれの長さは図7の共振周波数f1の波長λに対し、およそλ/2=(L1+L2)/2となる長さになることが実験的に求められる。なお、図7の共振周波数f1の帯域幅BW1は、台形型エレメント3の高さH1により決定される。
FIG. 7 is a return loss characteristic diagram of the trapezoidal element antenna in the first reference configuration. Hereinafter, a description will be given with reference to FIGS. The resonance frequencies f1 and f2 are within the target value of the return loss, the length of the lower side of the
無給電素子4は、導電性の金属の板であり、他の構成部品に接続されていない。無給電素子4の長さは、図7の共振周波数f2の波長λに対し、およそλ/2=L3とH2により実験的に求められる。なお、図7の共振周波数f2の帯域幅BW2は、無給電素子4の高さH3により決定される。
The
次に動作について説明する。最初に給電点2から給電素子である台形型エレメント3へ電流が流れ、共振周波数f1に対して共振すると、給電素子である台形型エレメント3の短辺側から無給電素子4に電流が誘起されて共振周波数f2にて共振する。そして、それぞれの共振が重なり合い広帯域化を実現している。
Next, the operation will be described. First, when a current flows from the
台形エレメントアンテナ1は、目標とする周波数帯域幅に対し、低い周波数帯域をカバーし、無給電素子4は目標とする周波数帯域幅に対し、高い周波数帯域をカバーすることで広帯域化が実現される。そして、そのサイズも無給電素子4を用いて2共振化を利用し、台形型エレメント3自体の帯域幅をより広げるために台形型にすることで、単純にダイポールアンテナの形状を棒状から平面形状に変更した場合に比べて約0.6倍に小型化が可能という特徴を持つ。
The
図8は、第1の参考構成における平面型台形エレメントアンテナ30の斜視図である。図9は、第1の参考構成における平面型台形エレメントアンテナ30の上面視図である。
FIG. 8 is a perspective view of the planar
台形エレメントアンテナ1をGND板5に対して平行に間隔5a離間して垂直設置した場合、台形エレメントアンテナ1がダイポールアンテナと同様の指向性特性を持つ。このため、金属ボデーに沿ってアンテナエレメントが伸びる方向、すなわち、車両の横方向付近(0°,180°)においてはNullが発生し、アンテナ利得も低下する傾向があり、車両後方側の範囲でも電波を受信することができない方向が発生してしまうという問題がある。
When the
図10は、第1の参考構成における平面型台形エレメントアンテナ30の利得−周波数特性図である。台形エレメントアンテナ1とGND板5の間隔5aによりアンテナの利得−周波数特性は変化する。これは給電点2とGND板5との間隔が狭くなることにより、アンテナのインピーダンスが変化するためで、間隔5aの寸法が使用状況であるバンパー内への内蔵状態時(d=15mmの間隔)では、d=50mmの場合に比べてアンテナ利得が−10dBd低下するという問題が発生する。
FIG. 10 is a gain-frequency characteristic diagram of the planar
ダイポールアンテナにおいて、アンテナ形状をV字型に変化させることで指向性が8の字から除々に無指向性に近づくことは広く知られているが、バンパー内への内蔵状態のようにGND板5又は自動車のボデーが近接する場合ではこの通りにはならない。
In a dipole antenna, it is widely known that the directivity gradually approaches omnidirectional from the figure 8 by changing the antenna shape to a V-shape, but the
図11は、第2の参考構成における開口型台形エレメントアンテナ40の斜視図である。開口型台形エレメントアンテナ40は、台形エレメントアンテナ1の給電点2を軸とし、給電点2より台形エレメントアンテナ1の両端がGND板5から離れるようにV字型に開いた形状(例えば90°)を有し、図示しない支持部材により固定されている。
FIG. 11 is a perspective view of the open
図12は、第2の参考構成における開口型台形エレメントアンテナ40の上面視図である。図中、下方向は車両後方を示し、上方向は車両前方を示している。また、図13は、第2の参考構成における開口型台形エレメントアンテナ40の指向性パターン特性図である。GND板5から離れるようにV字型に折り曲げ角度θで開いた形状としても指向性パターンは、90°,270°方向の利得は改善されるが、台形型エレメント3が伸びる方向(例えば135°と225°)にはNullが発生してしまい、単に平面型台形エレメントアンテナと比較してもNullが発生する方向がずれただけの結果となる。
FIG. 12 is a top view of the aperture
図14は、第2の参考構成における開口型台形エレメントアンテナ40の利得−周波数特性図である。アンテナの目標最低利得−10dBdに対し、最低利得が−13dBbとなり目標利得を得ることができない。
FIG. 14 is a gain-frequency characteristic diagram of the aperture
本実施形態におけるアンテナは、車両の前後に配置し、例えば車両の後方180°をカバーする構成とし、車両前方から到来する電波を受信する必要がない(例えばダイバーシチアンテナ)仕様とした。 The antenna in the present embodiment is arranged in front of and behind the vehicle and covers, for example, 180 ° behind the vehicle, and does not need to receive radio waves coming from the front of the vehicle (for example, diversity antenna).
図1は、本発明に係る第1の実施形態における車載用V字型台形エレメントアンテナ10の斜視図である。台形エレメントアンテナ1は、台形型エレメント3と、給電点2と、無給電素子4とを有している。さらに、車載用V字型台形エレメントアンテナ10は台形エレメントアンテナ1とGND板5と支持部材6とを含んでいる。
FIG. 1 is a perspective view of an in-vehicle V-shaped
台形型エレメント3は導電性の金属等の板であり、給電点2は、台形型エレメント3に接続されている。さらに給電点2は送受信機に接続され、台形エレメントアンテナ1を給電する。図中、3aはL1の長さを示し、同様に3bはL2、4aはL3、3cはH1、4cはH2、4bはH3の長さを示す。
The
台形エレメントアンテナ1は、合成樹脂の板で構成された2等辺三角柱状の支持部材6の2等辺側に配置されており、支持部材6の2辺を挟む折り曲げ角度θは、0°より大きく180°未満が良く、さらに80°〜100°が好適であり、より好適には角度θは90°である。また、斜辺からの高さは例えば50mmとした。このため、台形エレメントアンテナ1は、GND板の方向へV字形状に折り曲げられた形状となる。
The
図2は、本発明に係る第1の実施形態における車載用V字型台形エレメントアンテナ10の上面視図である。図中、下方向が車両後方であり、上方向が車両前方であり2等辺三角柱の斜面側にはGND板5が配置されている。なお、本実施形態においては、2等辺三角柱に台形エレメントアンテナ1を配置しているが、板厚の薄いフィルム状でも良いし、合成樹脂製支持部材を用いてGND板5に支持される形状でも好適であることはいうまでもない。
FIG. 2 is a top view of the in-vehicle V-shaped
図3は、本発明に係る第1の実施形態における車載用V字型台形エレメントアンテナ10の指向性パターン特性図であり、図4は、本発明に係る第1の実施形態における車載用V字型台形エレメントアンテナ10の利得−周波数特性図である。
3 is a directivity pattern characteristic diagram of the in-vehicle V-shaped
図1のように台形型エレメント3の給電点2を軸としてGND板5を背面とし、V字型に閉じた形状として配置することで、Nullの発生する方向を車両前面に移動させ、給電点2とGND板5との間隔5aが広くなる形状とすることで、指向性は後方180°に範囲内ではNullが無く、ほぼ無指向性となり、利得−周波数特性もd=50mmの平面型台形エレメントアンテナ1と同様に最低利得−9dBdと良好な結果となる効果が得られた。
As shown in FIG. 1, by arranging the
図5は、本発明に係る第2の実施形態における車載用V字型台形エレメントアンテナ10の前面視図である。無給電素子4の形状を幅の狭い長方形ではなく、台形にすることで帯域幅をより広帯域にすることが可能となる。しかし、幅(H3)が増加する傾向があるので、車両への搭載性に関わる小型化と広帯域化のトレードオフを検討する必要がある。
FIG. 5 is a front view of the in-vehicle V-shaped
以上のことから、本発明に係る実施形態を用いると、帯域幅473MHz〜701MHzの利得が−10dBdの目標値を満足する地上波デジタル放送受信用として用いることが可能となるという効果がある。また、エレメント部の小型化のために無給電素子を使用することで平面化したダイポールアンテナと比較した場合、エレメントサイズを小型化することが可能な台形エレメントアンテナとなる。 From the above, when the embodiment according to the present invention is used, there is an effect that the gain of the bandwidth 473 MHz to 701 MHz can be used for receiving terrestrial digital broadcasting satisfying the target value of −10 dBd. Further, when compared with a dipole antenna planarized by using a parasitic element for miniaturization of the element portion, a trapezoidal element antenna capable of miniaturizing the element size is obtained.
なお、上述した本実施形態において、GND板5の形状は長方形の平板で示したが、平板のみならず、自動車のボデーなどの導電性を持つ金属板や導電性を有した3次元形状の構造物であってもよい。
In the above-described embodiment, the shape of the
同様に、アンテナを搭載する位置は車両のバンパー内部に限らず、アンテナ近傍に金属ボデー(GND板)が配置されれば、ドアやルーフ、ボンネット上等、どの位置に設置されても好適に動作可能である。 Similarly, the position where the antenna is mounted is not limited to the inside of the bumper of the vehicle, and if a metal body (GND plate) is disposed in the vicinity of the antenna, it can be suitably operated regardless of the position on the door, roof, bonnet, etc. Is possible.
さらに、給電点2とGND板5との間隔および無給電素子4の先端とGND板5との間隔、及び折り曲げ角度θは、アンテナが搭載されるスペースに合わせて適切な設定とすることで好適に動作が可能である。
Furthermore, the distance between the
1 台形エレメントアンテナ、2 給電点、3 台形型エレメント、4 無給電素子、5 GND板、6 支持部材、10 車載用V字型台形エレメントアンテナ、20 ダイポールアンテナ、30 平面型台形エレメントアンテナ、40 開口型台形エレメントアンテナ。 1 trapezoidal element antenna, 2 feeding point, 3 trapezoidal element, 4 parasitic element, 5 GND plate, 6 support member, 10 V-shaped trapezoidal element antenna for vehicle use, 20 dipole antenna, 30 flat trapezoidal element antenna, 40 opening Type trapezoidal element antenna.
Claims (5)
前記台形エレメントアンテナと前記無給電素子とは、前記反射板を背面側としてV字型に閉じるように前記反射板方向に折り曲げられ、車両の前後に配置してダイバーシチアンテナ構成としたことを特徴とする車載用V字型台形エレメントアンテナ。 A plate-shaped trapezoidal conductor formed of opposing long sides and short sides, a feeding point for feeding power to the trapezoidal conductors arranged side by side, and a parasitic element arranged on the short side of the trapezoidal conductor, And a trapezoidal element antenna bent in a V shape across a feeding point, a reflector connected to the body or ground of a conductive vehicle, and the trapezoidal element antenna and the reflection A vehicle-mounted V-shaped trapezoidal element antenna having a support member for supporting a plate;
The trapezoidal element antenna and the parasitic element are folded in the direction of the reflector so as to be closed in a V shape with the reflector on the back side, and arranged in the front and rear of the vehicle to form a diversity antenna configuration. V-shaped trapezoidal element antenna for vehicle use.
前記給電点は、前記台形型導電体よりも前記反射板から離れた位置に支持部材で支持されることを特徴とする車載用V字型台形エレメントアンテナ。 The in-vehicle V-shaped trapezoidal element antenna according to claim 1,
The on-vehicle V-shaped trapezoidal element antenna, wherein the feeding point is supported by a support member at a position farther from the reflector than the trapezoidal conductor.
前記台形エレメントアンテナの無給電素子は、給電点を通る軸を中心に前記反射板側に折り曲げられた幅の狭い長方形又は台形形状であることを特徴とする車載用V字型台形エレメントアンテナ。 The in-vehicle V-shaped trapezoidal element antenna according to claim 1,
The parasitic element of the trapezoidal element antenna is a V-shaped trapezoidal element antenna for vehicle use, which has a narrow rectangular shape or a trapezoidal shape that is bent toward the reflection plate with an axis passing through a feeding point as a center.
前記台形エレメントアンテナの折り曲げ角度は0度より大きく180度未満であることを特徴とする車載用V字型台形エレメントアンテナ。 The in-vehicle V-shaped trapezoidal element antenna according to claim 1,
The V-shaped trapezoidal element antenna for vehicle use, wherein the trapezoidal element antenna has a bending angle larger than 0 degree and smaller than 180 degrees.
前記台形エレメントアンテナと前記無給電素子とをV字型に閉じた形状にすることにより、利得が低下するNullを反射板側に配置したことを特徴とする車載用V字型台形エレメントアンテナ。 The in-vehicle V-shaped trapezoidal element antenna according to claim 1,
An in-vehicle V-shaped trapezoidal element antenna, characterized in that a Null whose gain is reduced is arranged on the reflector side by making the trapezoidal element antenna and the parasitic element closed in a V-shape.
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