JP4869387B2

JP4869387B2 - ホイップアンテナ

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Publication number: JP4869387B2
Application number: JP2009159749A
Authority: JP
Inventors: 将史泉井; 隆英中島; 伴周吉賀
Original assignee: Nippon Antenna Co Ltd
Current assignee: Nippon Antenna Co Ltd
Priority date: 2009-07-06
Filing date: 2009-07-06
Publication date: 2012-02-08
Anticipated expiration: 2029-07-06
Also published as: WO2011004636A1; JP2011015340A

Description

本発明は、アンテナ高を低くすることができるＡＭ／ＦＭ受信用のホイップアンテナに関する。

車体に取り付けられるＡＭ／ＦＭ受信用のアンテナとしては種々のアンテナがあるが、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と受信感度を高められると共に、デザイン性にも優れていることから、ルーフに取り付けるホイップアンテナが好まれている。従来のルーフに取り付けるホイップアンテナの一例の構成を図１８に示す。
図１８に示すホイップアンテナ１００は、コイル部１１１の全面を覆うようにカバー部１１３がモールドされたり、あるいは、コイル部１１１にカバー部１１３が嵌挿されており、下端に基部金具１１２が設けられているロッド部１１０が、アンテナベース１１４に対して傾動可能に固着されている。ロッド部１１０において、コイル部１１１の下端は基部金具１１２に電気的に接続されており、ロッド部１１０の下面から基部金具１１２の先端部が突出されている。この先端部にはネジが切られており、アンテナベース１１４に回動可能に支持されている枢軸１１４ａに基部金具１１２の先端部が螺着されている。アンテナベース１１４は、合成樹脂製のモールド部品とされ、下面にベース金具１１５が固着されている。このベース金具１１５の下面から車体取付用の取付部が突出して形成されており、基部金具１１２に枢軸１１４ａを介して芯線が接続され、ベース金具１１５に編組線が接続された同軸ケーブル１１６が取付部から導出されている。この同軸ケーブル１１６の先端は車両内に設置されたＡＭ／ＦＭ受信機能を有する電子機器に接続される。

図１９にホイップアンテナ１００におけるロッド部１１０の傾動範囲を示す。この図に示すように、枢軸１１４ａに固着されているロッド部１１０は、直立した状態からアンテナベース１１４に対して約０°の傾動角度までの約９０°〜約０°の傾動範囲θｏ内において傾動することができる。ＡＭ／ＦＭ受信用のホイップアンテナ１００において、ロッド部１１０のコイル部１１１は、例えば線径が約０．４ｍｍφの線材を１０３ターン巻回して外径φ１００が約７ｍｍφに形成され、長さは約１５４ｍｍとなっている。この場合、基部金具１１２からコイル部１１１の先端までのアンテナエレメントとして動作するロッド部１１０の長さＬ１００は約１７０ｍｍとなる。このようなロッド部１１０を、図１８に示すようにアンテナベース１１４に対する傾動角度θを約６０°とした際のベース金具１１５の下端からコイル部１１１の先端までの高さＨ１００は約１８８ｍｍとなり、アンテナベース１１４の先端からコイル部１１１の先端までの幅Ｗ１００は約１３６ｍｍとなる。

特開２００６−３３１７２号公報特開２００１−１２７５２２号公報

従来のＡＭ／ＦＭ受信用のホイップアンテナ１００においては、コイル部１１１からなるロッド部１１０とされているため、ロッド部１１０をＦＭ帯に共振するようにしても、その長さＬ１００を約１７０ｍｍとすることができる。しかしながら、ロッド部１１０の長さＬ１００が１７０ｍｍあると、ホイップアンテナ１００の高さが高すぎてデザイン性に欠けるという問題点があった。また、ホイップアンテナ１００の高さが高いと駐車スペースによっては障害物に衝突して折損する恐れが高くなるという問題点があった。
そこで、本発明は、アンテナ高を低くすることのできるＡＭ／ＦＭ受信用のホイップアンテナを提供することを目的としている。

本発明のホイップアンテナは、アンテナベースに対して傾動可能に取り付けられるＡＭ／ＦＭ受信用のロッド部を備えるホイップアンテナであって、前記ロッド部には、前記アンテナベースに取り付けるための基部金具と、ＡＭ／ＦＭ受信用のアンテナエレメントが内蔵されており、該アンテナエレメントは、前記基部金具に一端が接続されているヘリカル構造のコイル部と、該コイル部の他端に接続された導電性のパイプ部とからなり、前記基部金具と前記コイル部と前記パイプ部とがほぼ直線状に配列されており、前記コイル部および前記パイプ部の外径が約φ９ｍｍないし約φ１３ｍｍとされていることを最も主要な特徴としている。

本発明によれば、ロッド部がコイル部と、コイル部の他端に接続されたパイプ部とから構成されていることから、ロッド部の長さを短くしてもＡＭ／ＦＭ受信用のロッド部として機能するようになる。これにより、デザイン性を向上することができると共に、障害物への衝突を極力防止することができるようになる。

本発明の実施例のホイップアンテナの構成を示す図である。本発明の実施例のホイップアンテナの傾動範囲を示す図である。本発明にかかるホイップアンテナのＡＭ帯における等価回路を示す図である。エレメント径を変更した際のＡＭ性能を対比して示す図である。コイル部にパイプ部を接続したエレメントとした際のＡＭ性能を示す図である。コイル部にパイプ部を接続したエレメントとした際のアンテナインダクタの変動を示す図である。コイル部にパイプ部を接続したエレメントとした際のアンテナ容量の変動を示す図である。本発明にかかるホイップアンテナと従来のホイップアンテナとにおいて、ロッド部を傾動させた際のＡＭ性能を対比して示す図である。本発明にかかるホイップアンテナの傾動角度を９０°とした際に、パイプ部の長さを変更した際のＡＭ帯の利得を対比して示す図である。本発明にかかるホイップアンテナの傾動角度を１０°とした際に、パイプ部の長さを変更した際のＡＭ帯の利得を対比して示す図である。本発明にかかるホイップアンテナのＡＭ受信性能を示す図である。エレメント長を変更した際のＦＭ帯における利得変動を示す図である。エレメントの外径を変更した際のＦＭ帯における利得変動を示す図である。本発明にかかるホイップアンテナと従来のホイップアンテナとのＦＭ帯の性能変動を対比して示す図である。本発明にかかるホイップアンテナにおいて、パイプ部の長さをパラメータとした際のＦＭ帯の帯域幅の変動を示す図である。本発明にかかるホイップアンテナにおけるＡＭ帯のＳ／Ｎ特性を示す図である。本発明にかかるホイップアンテナにおけるＦＭ帯のＳ／Ｎ特性を示す図である。従来のホイップアンテナの構成を示す図である。従来のホイップアンテナの傾動範囲を示す図である。

本発明の実施例のホイップアンテナの構成を図１に示す。
図１に示すホイップアンテナ１は、ロッド部１０と、ロッド部１０が傾動可能に固着されているアンテナベース１５とを備えている。ロッド部１０には、ＡＭ／ＦＭ受信用のアンテナエレメントが内蔵されており、アンテナエレメントはコイル部１１と、コイル部１１の上端部に設けられた金属等からなる導電性のパイプ部１２とから構成されている。コイル部１１の下端は基部金具１３に電気的に接続されており、ロッド部１０の下面から基部金具１３の先端部が突出されている。直線状に配列されたパイプ部１２とコイル部１１と基部金具１３の全面を覆うようにカバー部１４がモールドされ、あるいは、カバー部１４に嵌挿されてロッド部１０が構成されている。ロッド部１０は、アンテナベース１５に対して傾動可能に固着されている。ロッド部１０において、基部金具１３の図示しない先端部にはネジが切られており、アンテナベース１５に回動可能に軸支されている枢軸１５ａに基部金具１３の突出している先端部が螺着されている。アンテナベース１５は、合成樹脂製のモールド部品とされ、下面にベース金具１６が固着されている。このベース金具１６の下面から車体取付用の取付部が突出して形成されており、突出部を車体に形成された取付穴に嵌入して突出部にナットを螺合することによりホイップアンテナ１が車体に取り付けられるようになる。また、基部金具１３に枢軸１５ａを介して芯線が電気的に接続され、ベース金具１６に編組線が電気的に接続された同軸ケーブル１７が取付部から導出されている。この同軸ケーブル１７の先端は車両内に設置されたＡＭ／ＦＭ受信用の電子機器に接続される。なお、コイル部１１とパイプ部１２との中心軸はほぼ同じとされて配列され、コイル部１１と基部金具１３との中心軸もほぼ同じとされて配列されている。

図２に本発明にかかるホイップアンテナ１のロッド部１０の傾動範囲が示されている。この図に示すように、枢軸１５ａに固着されているロッド部１０は、直立した状態からアンテナベース１５に対して約１０°の傾動角度までの約９０°〜約１０°の傾動範囲θｏ内において傾動することができる。ＡＭ／ＦＭ受信用のホイップアンテナ１において、ロッド部１０のコイル部１１は、例えば線径が約φ０．４ｍｍの線材を３４ターン巻回して外径φ１が約φ１１ｍｍに形成され、コイル部１１の長さは約５４ｍｍとなっている。また、コイル部１１の上端に電気的に接続されているパイプ部１２の外径φ１も約φ１１ｍｍとされ、パイプ部１２の長さＬ２は約４０ｍｍとされている。この場合、基部金具１３からパイプ部１２の先端までのアンテナエレメントとして動作するロッド部１０の長さＬ１は約１１０ｍｍとなる。このようなロッド部１０を、図１に示すようにアンテナベース１５に対する傾動角度θを約６０°とした際のベース金具１６の下面からパイプ部１２の先端までの高さＨ１は約１３７ｍｍとなり、ベース金具１６の下面からコイル部１１の上端までの高さＨ２は約１０２ｍｍとなり、アンテナベース１５の先端からパイプ部１２の先端までの幅Ｗ１は約１０３ｍｍとなる。

本発明にかかるホイップアンテナ１は、ロッド部１０の長さＬ１を約１１０ｍｍと短くしても、ロッド部１１０の長さＬ１００が１７０ｍｍと長くされた従来のロッドアンテナ１００と総合特性においてほぼ同等のＡＭ／ＦＭ受信性能を得ることができる。本発明にかかるホイップアンテナ１が総合特性においてほぼ同等のＡＭ／ＦＭ受信性能を得ることができる理由を以下に説明する。
図３は、本発明にかかるホイップアンテナ１のＡＭ帯における等価回路を示す図である。ＡＭ帯では波長に対してホイップアンテナ１のロッド部１０の長さが非常に短いので、小型アンテナはほぼ容量として考えることができ、これはホイップアンテナ１のインピーダンスが非常に高いことを意味する。従って、図３に示す等価回路における容量Ｃａからなるアンテナエレメント部５０はロッド部１０に相当し、ロッド部１０に誘起したアンテナエレメント誘起電圧源Ｖ０とアンテナ全体容量Ｃａとが直列に接続される。アンテナエレメント部５０から出力される受信信号はアンプ回路部５１に入力される。アンプ回路部５１には増幅器ＡＭＰが設けられており、入力された受信信号が増幅されてＡＭ受信機５２に入力される。また、アンプ回路部５１の入力側にはグランドとの間にアンプ入力部容量とされる無効容量Ｃｉが接続されている。無効容量Ｃｉは、アンテナエレメント部５０のグランドに対する浮遊容量により発生する。増幅器ＡＭＰに入力される受信信号のアンテナ入力部電圧Ｖｉは次式（１）で求められる。
Ｖｉ=Ｖ０・Ｃａ／（Ｃａ+Ｃｉ）（１）
（１）式で示されるように、アンテナ全体容量Ｃａが大きいほど、または、無効容量Ｃｉが小さいほど増幅器ＡＭＰに入力されるアンテナ入力部電圧Ｖｉは大きくなって、アンテナのゲインが向上することがわかる。すなわち、本発明にかかるホイップアンテナ１から効率よく受信電圧を得るには、無効容量Ｃｉを少なくし、出来るだけ容量Ｃａを持つアンテナを設計し、アンテナ負荷のインピーダンスを高くする必要がある。

また、本発明にかかるホイップアンテナ１のＦＭ帯における動作について説明すると、一般的に所望の周波数に対するアンテナを設計する場合、その周波数の１／４波長の長さのモノポールアンテナが最も基本的となる。ＦＭ帯では波長に対する１／４波長のアンテナの長さは９００ｍｍ程度となるが、この長さは車載用アンテナを考えた場合現実的ではない。そこで、ホイップアンテナ１においてはヘリカル構造のコイル部１１を備えることにより電気長を稼ぎＦＭの周波数帯域に於いて共振するようにしている。しかし、小型化をすることにより放射抵抗が減少して利得が劣化すると共に、Ｑ値（クオリティーファクター）が大きくなって、帯域幅が減少するようになる。放射抵抗が劣化することにより性能が劣化する理由は、インピーダンス整合損と放射効率の低下が大きな要因である。この場合の放射効率ηは次式で示される。
η＝Ｒｒ／（Ｒｒ＋Ｒｄ）（２）
ただし、（２）式においてＲｒは放射抵抗（Ω）、Ｒｄは導体抵抗（接地抵抗含む）である。上記（２）式より放射抵抗Ｒｒが減少することにより放射効率ηが劣化することは明らかである。

さらに、Ｑ値が大きくなる理由はアンテナ容量の減少、インダクタの増加が大きな要因であり、Ｑは次式から求められる。
Ｑ＝１／Ｒ・√Ｌ／Ｃ（３）
ただし、（３）式においてＲはアンテナ直列抵抗（Ω）、Ｃはアンテナ容量（Ｆ）、Ｌはアンテナインダクタ（Ｈ）である。そして、アンテナ長を短くするとアンテナ容量Ｃが減少し、アンテナ長を短くするためにコイルを密に巻く必要があるためインダクタＬが増加するようになって、上記（３）式よりＱ値が大きくなって帯域幅が狭くなることは明らかである。
そこで、本発明にかかるホイップアンテナ１ではコイル部１１にパイプ部１２を接続する構成とすると共に、コイル部１１とパイプ部１２の外径φ１を大きくすることでアンテナ容量を大きくするようにして、ロッド部１０を短くしたことによるＦＭ帯における狭帯域化を軽減するようにしている。さらに、放射抵抗Ｒｒも減少しないようになり、ホイップアンテナ１のＦＭ帯における性能劣化が軽減される。

ここで、コイル部のみからなるロッド部においてコイル部の外径を大きくしていくとアンテナ全体容量Ｃａが大きくなって、ＡＭ帯の利得が改善されることを図４に示す。図４においては、コイル部の外径が約φ７ｍｍ、外径が約φ９ｍｍ、外径が約φ１１ｍｍ、外径が約φ１３ｍｍとされた際の５９４ｋＨｚないし１２４２ｋＨｚのＡＭ帯における相対利得が対比されて示されている。図４を参照すると、コイル部の外径が大きくなるほどアンテナ全体容量Ｃａが大きくなって、ＡＭ帯の利得が改善されることがわかる。例えば、コイル部の外径をφ７ｍｍから約φ１１ｍｍと大きくすることにより、利得を約１．３ｄＢ改善することができる。この場合、ロッド部の長さは約１１０ｍｍとされている。
これを利用して本発明にかかるホイップアンテナ１においては、コイル部１１およびパイプ部１２の外径φ１を大きくすることによりＡＭ帯の利得を改善している。

また、本発明にかかるロッド部１０のようにコイル部１１にパイプ部１２を接続したロッド部１０の構成とすることにより、アンテナ全体容量Ｃａが大きくなって、ＡＭ帯の利得が改善されることを図５に示す。図５においては、外径が約φ７ｍｍ、長さが約１１０ｍｍとされたコイル部のみからなるロッド部とコイル部１１にパイプ部１２を接続したロッド部１０とした際の５９４ｋＨｚないし１２４２ｋＨｚのＡＭ帯における相対利得が対比されて示されている。図５を参照すると、コイル部１１にパイプ部１２を接続したロッド部１０とするとアンテナ全体容量Ｃａが大きくなって、コイル部のみからなるロッド部と比べてＡＭ帯の利得が約０．５ｄＢ以上改善されることがわかる。この場合、ロッド部１０の長さＬ１は約１１０ｍｍとされ、パイプ部１２の長さＬ２は約４０ｍｍとされている。
そして、ロッド部１０の外径φ１を約φ１１ｍｍと大きくし、コイル部１１にパイプ部１２を接続したロッド部１０の構成として、ロッド部１０の長さＬ１を約１１０ｍｍ、パイプ部１２の長さＬ２を約４０ｍｍとした場合、アンテナ全体容量Ｃａが約０．３３ｐＦ増加して、外径が約φ７ｍｍ、長さが約１１０ｍｍとされたコイル部のみからなるロッド部と比べてＡＭ帯において約１．５ｄＢ以上の利得が改善されることが確かめられた。

次に、本発明にかかるホイップアンテナ１においてコイル部１１に接続しているパイプ部１２の長さを変更した際のアンテナインダクタＬの変動を図６に示す。なお、パイプ部１２の長さは０ｍｍとした際が基準とされ、パイプ部１２の長さを変えてもロッド部１０の長さＬ１は約１１０ｍｍ一定とされると共に、ロッド部１０の共振周波数が変わらないようにコイル部１１の巻き数等が調整されている。
図６を参照すると、パイプ部１２の長さを約１０ｍｍ、約２０ｍｍ、約３０ｍｍ、約４０ｍｍ、約５０ｍｍと長くしていくに従ってアンテナインダクタＬは約−０．３９μＨ、約−０．７５μＨ、約−０．９５μＨ、約−１．１５μＨ、約−１．３５μＨと減少していき、パイプ部１２の長さを約６０ｍｍとするとアンテナのインダクタＬは約−２．１５μＨまで急激に減少することが分かる。このように、アンテナインダクタＬが減少することにより、上記（３）式よりロッド部１０を短くしたことによる狭帯域化を軽減することができることが分かる。

また、本発明にかかるホイップアンテナ１においてコイル部１１に接続しているパイプ部１２の長さを変更して行った際のアンテナ容量Ｃの変動を図７に示す。なお、パイプ部１２の長さは０ｍｍとした際が基準とされ、パイプ部１２の長さを変えてもロッド部１０の長さＬ１は約１１０ｍｍ一定とされると共に、ロッド部１０の共振周波数が変わらないようにコイル部１１の巻き数等が調整されている。
図７を参照すると、パイプ部１２の長さを約１０ｍｍ、約２０ｍｍ、約３０ｍｍ、約４０ｍｍ、約５０ｍｍ、約６０ｍｍと長くしていくに従ってアンテナ容量Ｃは約０．０４ｐＦ、約０．０４ｐＦ、約０．０４ｐＦ、約０．０６ｐＦ、約０．０６ｐＦ、約０．０６ｐＦと次第に増大していくことが分かる。このように、アンテナ容量Ｃが増大することにより、上記（３）式によりロッド部１０を短くしたことによる狭帯域化を軽減することができることが分かる。

ところで、本発明にかかるホイップアンテナ１のロッド部１０はアンテナベース１５に対してに傾動可能とされており、ロッド部１０を水平面に近づけるように傾動していく（傾動角度が小さくなる）につれて、ロッド部１０とグランドとの間の浮遊容量（無効容量Ｃｉ）が増加することが予想される。そこで、本発明にかかるホイップアンテナ１におけるロッド部１０の傾動角度に対する浮遊容量の増加量を、従来のホイップアンテナ１００と対比して図８に示す。なお、本発明にかかるホイップアンテナ１では、ロッド部１０の外径φ１が約φ１１ｍｍ、長さが約１１０ｍｍとされ、従来のホイップアンテナ１００ではロッド部１１０の外径φ１００が約φ７ｍｍ、長さが約１７０ｍｍとされている。
図８を参照すると、傾動角度が３０°になると従来のホイップアンテナ１００では約０．１９ｐＦ増加するのに対して、本発明のホイップアンテナ１では約０．１７ｐＦだけしか増加しない。また、傾動角度が２０°になると従来のホイップアンテナ１００では約０．２６ｐＦ増加するのに対して、本発明のホイップアンテナ１００では約０．２４ｐＦだけしか増加せず、傾動角度が１０°になると従来のホイップアンテナ１００では約０．３４ｐＦ増加するのに対して、本発明のホイップアンテナ１では約０．３３ｐＦだけ増加するようになる。さらに、傾動角度が５°になると従来のホイップアンテナ１００および本発明のホイップアンテナ１では約０．４３ｐＦもの浮遊容量が発生するようになる。このことから、本発明にかかるホイップアンテナ１において、ロッド部１０の傾動角度は浮遊容量が許容範囲とされる約１０°までが実用範囲と考えられ、この際のロッド部１０におけるパイプ部１２の先端とアンテナベース１５の下面に相当するグランドとの高さＨ２’（図２参照）は約４４ｍｍとなり、ロッド部１０が傾動されてもパイプ部１２の先端とグランドとの高さＨ２は約４４ｍｍ以上必要となることがわかる。

次に、本発明にかかるホイップアンテナ１において、ロッド部１０の傾動角度を９０°とした際に、パイプ部１２の長さを変更した際のＡＭ帯の利得の変化を図９に示す。ただし、パイプ部１２の長さＬ２を変更してもロッド部１０の長さＬ１は約１１０ｍｍと一定とされている。
図９には、パイプ部１２の長さを１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍ、４０ｍｍ、５０ｍｍ、６０ｍｍに変更した場合の相対利得が示されており、相対利得が０ｄＢとされる基準はパイプ部１２の長さが０ｍｍ（ロッド部１０はコイル部１１のみで構成）とされている。図９を参照すると、パイプ部１２の長さを１０ｍｍとした場合はパイプ部１２がない場合に比して約０．４ｄＢ以上利得が向上し、パイプ部１２の長さを１０ｍｍから２０ｍｍとした場合はさらに約０．０４５ｄＢ向上する。また、パイプ部１２の長さを２０ｍｍから３０ｍｍとした場合はさらに約０．０３ｄＢ向上し、パイプ部１２の長さを３０ｍｍから４０ｍｍとした場合はさらに約０．０８ｄＢ向上する。しかし、パイプ部１２の長さを４０ｍｍから５０ｍｍとした場合は若干向上するだけであり、パイプ部１２の長さを５０ｍｍから６０ｍｍとした場合は利得はほぼ同様となり利得は向上しないようになる。

また、本発明にかかるホイップアンテナ１において、ロッド部１０の傾動角度を１０°とした際に、パイプ部１２の長さを変更した際のＡＭ帯の利得の変化を図１０に示す。ただし、パイプ部１２の長さＬ２を変更してもロッド部１０の長さＬ１は約１１０ｍｍと一定とされている。
図１０には、パイプ部１２の長さを１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍ、４０ｍｍ、５０ｍｍ、６０ｍｍに変更した場合の相対利得が示されており、相対利得が０ｄＢとされる基準はパイプ部１２の長さが０ｍｍ（ロッド部１０はコイル部１１のみで構成）とされている。図１０を参照すると、パイプ部１２の長さを１０ｍｍとした場合はパイプ部１２がない場合に比して約０．２４ｄＢ以上利得が向上する。しかし、パイプ部１２の長さを１０ｍｍから２０ｍｍ、３０ｍｍ、４０ｍｍ、５０ｍｍ、６０ｍｍと長くしていくにつれて相対利得は減少していくようになる。これは、ロッド部１０の傾動角度が１０°とされていることから、パイプ部１２の長さが長くなるにつれてロッド部１０の浮遊容量が増加して利得が減少するものと考えられる。
図９および図１０の結果から、傾動角度が大きい場合はパイプ部１２の長さが長くなるほど利得は向上するが、パイプ部１２の長さが４０ｍｍ以上となると利得がほぼ飽和し、傾動角度が小さい場合はパイプ部１２の長さが長くなるに従って利得が減少することから、パイプ部１２の長さを約２０ｍｍないし約６０ｍｍとするのが好適となり、約４０ｍｍとするのが最適であることがわかる。

次に、本発明にかかるホイップアンテナ１のＡＭ受信性能を図１１に示す。図１１は、９０°に立設された線状のモノポールアンテナにおいて、モノポールアンテナの長さを１０００ｍｍまで変化させた際の周波数９５４ｋＨｚにおける受信電圧のグラフが、長さが１０００ｍｍとされた際の受信電圧を０ｄＢとして示されている。また、Ａ点はロッド部１０の長さＬ１が約１１０ｍｍ、ロッド部１０の外径φ１が約φ１１ｍｍ、傾動角度が約６０°とされた本発明のホイップアンテナ１を示しており、Ｂ点はロッド部１１０の長さＬ１００が約１７０ｍｍ、ロッド部１１０の外径φ１００が約φ７ｍｍ、傾動角度が約６０°とされた従来のホイップアンテナ１００を示している。
図１１を参照すると、Ｂ点で示す従来のホイップアンテナ１００においてロッド部１１０の長さＬ１００を１７０ｍｍから１１０ｍｍに変更すると、図示するＬｏだけ受信電圧は減少することになる。この場合のＬｏは約４．５ｄＢとなる。しかし、Ａ点で示す本発明のホイップアンテナ１では図示するＧだけしか受信電圧は低下していない。このＧは約２ｄＢとなることから、従来のホイップアンテナ１００に比して本発明のホイップアンテナ１においてはＡＭ帯の受信電圧を約２．５ｄＢ改善できることが分かる。

次に、ホイップアンテナにおいて、エレメント長を変更した際のＦＭ帯における利得変動を図１２に示す。図１２には、外径がφ７ｍｍとされコイル部のみからなるロッド部において、長さが１１０ｍｍ、１３０ｍｍ、１５０ｍｍ、１７０ｍｍとされた際の７６ＭＨｚないし９０ＭＨｚのＦＭ帯における垂直面の平均利得［ｄＢｄ］が示されている。
図１２を参照すると、ロッド部がいずれの長さとされてもＦＭ帯の中域において利得が最大となっており中域から低域および高域に向かうにつれて利得は小さくなっている。また、ロッド部の長さが長くなるに従って利得は上昇していき、例えば、ロッド部の長さを１７０ｍｍとした場合は、ロッド部の長さが１１０ｍｍの場合に比して約３ｄＢないし約６ｄＢ平均利得が向上することがわかる。

また、ホイップアンテナにおいて、エレメントの外径を変更した際のＦＭ帯における利得変動を図１３に示す。図１３には、長さが１１０ｍｍとされコイル部のみからなるロッド部において、外径がφ７ｍｍ、φ９ｍｍ、φ１１ｍｍ、φ１３ｍｍとされた際の７６ＭＨｚないし９０ＭＨｚのＦＭ帯における垂直面の平均利得［ｄＢｄ］が示されている。
図１３を参照すると、ロッド部がいずれの外径とされてもＦＭ帯の中域において利得が最大となっており中域から低域および高域に向かうにつれて利得は小さくなっている。また、ロッド部の外径が大きくなるに従って利得は上昇していく。例えば、ロッド部の外径をφ１３ｍｍとした場合は、ロッド部の外径がφ７ｍｍの場合に比して約１．６ｄＢないし約２ｄＢ平均利得が向上するようになる。しかし、ロッド部の外径がφ９ｍｍ以上としても平均利得はほぼ飽和することがわかる。

次に、本発明にかかるホイップアンテナ１と従来のホイップアンテナ１００においてロッド部１１０の長さを変更した際のＦＭ帯の性能変動を対比して図１４に示す。
図１４では、ロッド部１０の長さＬ１が約１１０ｍｍ、ロッド部１０の外径φ１が約φ１１ｍｍとされた本発明のホイップアンテナ１と、外径がφ７ｍｍとされコイル部のみからなるロッド部１１０において、長さが１１０ｍｍ、１３０ｍｍ、１５０ｍｍ、１７０ｍｍとされた従来のホイップアンテナ１００において、周波数帯域が７６ＭＨｚないし９０ＭＨｚのＦＭ帯における垂直面の平均利得［ｄＢｄ］が示されている。
図１４を参照すると、本発明のホイップアンテナ１および従来のホイップアンテナ１００においては、ロッド部１１０がいずれの外径とされてもＦＭ帯の中域において利得が最大となっており中域から低域および高域に向かうにつれて利得は小さくなっている。また、ロッド部１１０の長さが長くなるに従って利得は上昇していく。そして、本発明のホイップアンテナ１は、約０．４ｄＢゲインが低下するもののロッド部１１０の長さが１３０ｍｍとされた従来のホイップアンテナ１００とほぼ同等のＦＭ帯における受信性能となることが分かる。

次に、本発明にかかるホイップアンテナ１において、パイプ部１２の長さＬ２をパラメータとした際のＦＭ帯の帯域幅の変動を図１５に示す。本発明のホイップアンテナ１は、ロッド部１０の長さＬ１が約１１０ｍｍ、外径φ１が約φ１１ｍｍ、傾動角度が約９０°とされ、パイプ部１２の長さＬ２が０ｍｍないし７０ｍｍとされた際のＦＭ帯における帯域幅の変動が図１５に示されている。なお、パイプ部１２の長さＬ２を変えてもロッド部１０の長さＬ１は約１１０ｍｍ一定とされ、ロッド部１０の共振周波数が変わらないようにコイル部１１の巻き数等が調整されている。
図１５を参照すると、パイプ部１２の長さＬ２を０ｍｍから２０ｍｍまで長くしていくに従って帯域幅が次第に広くなり、長さＬ２を２０ｍｍとした場合は長さＬ２が０ｍｍの場合に比して約０．４％帯域幅が広がるようになる。そして、長さＬ２を長くすればするほど帯域幅が広がる傾向となるものの長さＬ２を２０ｍｍ以上としても帯域幅は若干広がるだけとなる。例えば、長さＬ２が７０ｍｍとされてもＬ２が２０ｍｍの場合に比して約０．３％しか広がらない。すなわち、パイプ部１２の長さＬ２は約２０ｍｍ以上とされていればよいことが分かる。

次に、本発明にかかるホイップアンテナ１おけるＡＭ帯のＳ／Ｎ特性を従来のホイップアンテナ１００と対比して図１６に示す。本発明のホイップアンテナ１は、ロッド部１０の長さＬ１が約１１０ｍｍ、外径φ１が約φ１１ｍｍ、パイプ部１２の長さＬ１が４０ｍｍとされ、従来のホイップアンテナ１００はロッド部１１０の長さＬ１００が約１７０ｍｍ、外径φ１００が約φ７ｍｍとされ、５２２ｋＨｚないし１６２９ｋＨｚのＡＭ帯において２０ｄＢのＳ／Ｎを得るに必要な入力電圧［ｄＢμＶ］が図１６に示されている。
図１６を参照すると、本発明のホイップアンテナ１では、２０ｄＢのＳ／Ｎを得るには５２２ｋＨｚにおいて約５３．６［ｄＢμＶ］の入力電圧が必要となるが、９９９ｋＨｚにおいては必要とされる入力電圧は約５２．３［ｄＢμＶ］に改善され、１６２９ｋＨｚにおいては必要とされる入力電圧は約５１．３［ｄＢμＶ］に改善される。また、従来のホイップアンテナ１００は、本発明のホイップアンテナ１とほぼ同様のＳ／Ｎ特性となる。このように、ロッド部１０の長さが約１１０ｍｍと短くされた本発明のホイップアンテナ１は、ロッド部１００が１７０ｍｍと長くされている従来のホイップアンテナ１００と総合特性においてほぼ同様のＡＭ帯受信性能が得られることが分かる。

次に、本発明にかかるホイップアンテナ１におけるＦＭ帯のＳ／Ｎ特性を従来のホイップアンテナ１００と対比して図１７に示す。本発明のホイップアンテナ１は、ロッド部１０の長さＬ１が約１１０ｍｍ、外径φ１が約φ１１ｍｍ、パイプ部１２の長さＬ１が４０ｍｍとされ、従来のホイップアンテナ１００はロッド部１１０の長さＬ１００が約１７０ｍｍ、外径φ１００が約φ７ｍｍとされ、７６ＭＨｚないし９０ＭＨｚのＦＭ帯において３０ｄＢのＳ／Ｎを得るに必要な入力電圧［ｄＢμＶ］が図１７に示されている。
図１７を参照すると、本発明のホイップアンテナ１では、３０ｄＢのＳ／Ｎを得るには７６ＭＨｚにおいて約４７．４［ｄＢμＶ］の入力電圧が必要となり、８３ＭＨｚにおいても必要とされる入力電圧は約４７．４［ｄＢμＶ］となり、９０ＭＨｚにおいては必要とされる入力電圧は約４７．７［ｄＢμＶ］と若干増加する。これに対して、従来のホイップアンテナ１００では、３０ｄＢのＳ／Ｎを得るには７６ＭＨｚにおいて約４８．９［ｄＢμＶ］の入力電圧が必要となり、８３ＭＨｚにおいては必要とされる入力電圧は約４９．２［ｄＢμＶ］と、本発明のホイップアンテナ１より劣化しており、９０ＭＨｚにおいては必要とされる入力電圧は約４５．３［ｄＢμＶ］と本発明のホイップアンテナ１より向上している。このように、ロッド部１０の長さが約１１０ｍｍと短くされた本発明のホイップアンテナ１では、ＦＭ帯において従来のホイップアンテナ１００のＳ／Ｎ特性より改善されたＳ／Ｎ特性が得られており、ロッド部１００が１７０ｍｍと長くされている従来のホイップアンテナ１００と総合特性においてほぼ同様のＦＭ帯受信性能が得られることが分かる。

以上説明した本発明のホイップアンテナにおいては、ＡＭ／ＦＭ受信用のロッド部の長さを約１１０ｍｍと短くしても、ロッド部の外径を大きくすると共にコイル部とパイプ部とからロッド部を構成するようにしたことから、ＡＭ帯における受信性能およびＦＭ帯の受信性能を、従来のロッド部が約１７０ｍｍとされる長いホイップアンテナと総合特性においてほぼ同等とすることができる。この場合、パイプ部の長さは約２０ｍｍないし約６０ｍｍとするのが好適となり、約４０ｍｍとするのが最適となる。また、コイル部およびパイプ部の外径は約φ９ｍｍないし約φ１３ｍｍとされ、ロッド部はアンテナベースに対して直立状態から約１０°まで傾動可能とされるのが好適とされている。

１ホイップアンテナ、１０ロッド部、１１コイル部、１２パイプ部、１３基部金具、１４カバー部、１５アンテナベース、１５ａ枢軸、１６ベース金具、１７同軸ケーブル、５０アンテナエレメント部、５１アンプ回路部、５２受信機、１００ホイップアンテナ、１１１コイル部、１１２基部金具、１１３カバー部、１１４アンテナベース、１１４ａ枢軸、１１５ベース金具

Claims

アンテナベースに対して傾動可能に取り付けられるＡＭ／ＦＭ受信用のロッド部を備えるホイップアンテナであって、
前記ロッド部には、前記アンテナベースに取り付けるための基部金具と、ＡＭ／ＦＭ受信用のアンテナエレメントが内蔵されており、
該アンテナエレメントは、前記基部金具に一端が接続されているヘリカル構造のコイル部と、該コイル部の他端に接続された導電性のパイプ部とからなり、前記基部金具と前記コイル部と前記パイプ部とがほぼ直線状に配列されており、前記コイル部および前記パイプ部の外径が約φ９ｍｍないし約φ１３ｍｍとされていることを特徴とするホイップアンテナ。
前記ロッド部の長さを約１１０ｍｍまで短くすることができると共に、前記ロッド部が傾動された際に、前記コイル部の先端と前記アンテナベースの下面との間の間隔が約４４ｍｍ以上とされる傾動角度まで傾動可能とされることを特徴とする請求項１記載のホイップアンテナ。
前記パイプ部１２の長さＬ１が約２０ｍｍないし約６０ｍｍとされていることを特徴とする請求項１または２に記載のホイップアンテナ。