JP4878304B2 - Trapezoidal element antenna - Google Patents
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本発明は車載用の台形型エレメントアンテナに関し、特に地上波デジタル放送受信可能な車両用の台形型エレメントアンテナに関する。 The present invention relates to an in-vehicle trapezoidal element antenna, and more particularly to a trapezoidal element antenna for a vehicle capable of receiving terrestrial digital broadcasting.
図5は、従来構成におけるダイポールアンテナの構造図である。ダイポールアンテナ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は半波長ダイポールアンテナとも呼ばれる。この時のアンテナ利得は、2.15dBiとなる。 FIG. 5 is a structural diagram of a dipole antenna in a conventional configuration. If the element length on one side of the dipole antenna is λ / 4, the total length of the element is λ / 2. In general, a λ / 2 dipole antenna is also called a half-wave dipole antenna. The antenna gain at this time is 2.15 dBi.
図6は、従来構成におけるダイポールアンテナの放射パターン特性図である。X−Y平面における放射パターンは、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”のような形になる。 FIG. 6 is a radiation pattern characteristic diagram of a dipole antenna in a conventional configuration. The radiation pattern in the XY plane has a peak in the direction perpendicular to the dipole, and has a shape like “Figure 8” as shown in the figure.
図7は、従来構成におけるダイポールアンテナの反射量(リターンロス)を示した特性図である。電荷保存則より、電気的に測定した反射量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、反射量の目標値が−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470MHz〜710MHz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. 7 is a characteristic diagram showing the amount of reflection (return loss) of the dipole antenna in the conventional configuration. According to the law of conservation of electric charge, the amount of reflection measured electrically indicates an electromagnetic wave radiated into the space. Therefore, assuming that the resonance frequency of the radiated electromagnetic wave is 600 MHz and the target value of the amount of reflection is −10 dB, the bandwidth is 550 MHz to 650 MHz. It becomes. However, in this state, sufficient characteristics cannot be expected for receiving terrestrial digital broadcasts having a bandwidth of 470 MHz to 710 MHz.
また、ダイポールアンテナを地上波デジタル放送受信用として自動車へ搭載して使用する場合、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。例えば、アンテナの目標帯域幅40%に対してダイポールの帯域幅は17%となり、要求を満たせない。 In addition, when a dipole antenna is used in an automobile for receiving terrestrial digital broadcasts, it is difficult to satisfy the bandwidth with one element because the bandwidth is narrow. For example, the bandwidth of the dipole is 17% with respect to the target bandwidth of 40% of the antenna, which cannot satisfy the requirement.
特許文献1には、ダイポールアンテナのエレメント部を平面化することにより、帯域幅を広域化する技術が開示されている。帯域幅を広げるため、特許文献1に示される技術を用いて、ダイポールアンテナを平面化したアンテナにて検討を行うと、ダイポールアンテナとの比較をすると全長は短縮可能であるが、エレメント部のサイズが大きくなる。このサイズで自動車への搭載の検討を行うと搭載可能な範囲が狭くなり実装することが難しい。
一方、特許文献2には、図8に示すように、対向する長辺と短辺で形成される2つの台形型導電体2a、2bと、互いに並んだ各台形型導電体2a、2bに給電する給電点4と、を有する平面ダイポールアンテナと、台形型導電体2a、2bの短辺側に配置された無給電素子6と、を備える台形型2エレメントアンテナ1が開示されている。
On the other hand, in
図9は、特許文献2に示されるような従来構成の台形型エレメントアンテナ1の反射量を示した特性図である。一般的に、棒状のダイポールアンテナの近傍に無給電素子を配置すると、2つの共振周波数470MHz、710MHzを得ることは可能であるが、目標とする反射量における帯域幅を得ることができない。そこで、棒状の給電素子を平面状にすることで、帯域幅をカバーすることが可能である。
FIG. 9 is a characteristic diagram showing the amount of reflection of a
図10は、従来構成の台形型2エレメントアンテナ1を車両後方のバンパー内部に搭載した際の指向性パターンを示す特性図である。図10に示すように、台形型エレメントアンテナ1では、周波数470MHzより高周波の周波数710MHzの利得が、周波数470MHzの利得と比較して低いことがわかる。
FIG. 10 is a characteristic diagram showing a directivity pattern when the trapezoidal two-
ところで、アンテナとしての機能を広帯域において平坦化するには、各周波数における利得も平坦化されていることが好ましい。 By the way, in order to flatten the function as an antenna in a wide band, it is preferable that the gain at each frequency is also flattened.
本発明は、台形型2エレメントアンテナにおいて、各周波数における利得の平坦化を図ることを目的とする。 An object of the present invention is to flatten the gain at each frequency in a trapezoidal two-element antenna.
本発明に係る車載用の台形型エレメントアンテナは、車載用の台形型エレメントアンテナであって、給電点と、前記給電点を中心に対称的に配置され、対向する長辺と短辺とが形成された2つの台形型導電体とを有する平面ダイポールアンテナと、前記台形型導電体の短辺側に配置され、当該短辺方向に長い形状を有する無給電素子と、を備え、前記各台形型導電体は、前記無給電素子側の頂端部のうち前記給電点に近い側の頂端部をカットした形状を有し、前記台形型エレメントアンテナの利得の周波数特性を平坦化することを特徴とする。 The in-vehicle trapezoidal element antenna according to the present invention is an in-vehicle trapezoidal element antenna, and is arranged symmetrically with respect to the feeding point and the feeding point as a center, and has a long side and a short side facing each other. a planar dipole antenna having two trapezoidal conductor that is, the arranged short side of the trapezoidal conductor and a parasitic element having a long shape in the short side direction, each of said trapezoidal The conductor has a shape obtained by cutting a top end portion on the side close to the feeding point among the top end portions on the parasitic element side, and flattens the frequency characteristics of the gain of the trapezoidal element antenna. .
本発明に係る車載用の台形型エレメントアンテナの1つの態様では、前記カットした形状は、前記台形型導電体と前記無給電素子との間隔が前記無給電素子の中央部から端部に向かって狭くなる形状であることを特徴とする。
In one aspect of the in-vehicle trapezoidal element antenna according to the present invention, the cut shape is such that the distance between the trapezoidal conductor and the parasitic element is from the center to the end of the parasitic element. The shape is narrowed.
本発明によれば、各周波数における利得の平坦化を図ることができる。 According to the present invention, it is possible to flatten the gain at each frequency.
本発明を実施するための最良の形態を具体的に示す実施形態について、以下図面を用いて説明する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment specifically showing the best mode for carrying out the invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本実施形態における台形型2エレメントアンテナのパターン図である。台形型2エレメントアンテナ10は、エレメント12a、12bと、給電点14と、無給電素子16と、を有している。エレメント12aとエレメント12bは給電点14を中心軸にして対称形である。
FIG. 1 is a pattern diagram of a trapezoidal two-element antenna according to the present embodiment. The trapezoidal two-
また、エレメント12a、12bの幅はH1であり、給電点を含み長辺長はL1、短辺長はL2である。さらに、これらエレメント12a、12bは導電体の板で形成されている。無給電素子16は長さL3、幅はH3であり、エレメント12a、12bからH2離れて配置されている。また、無給電素子16は幅の狭い長方形の導電体の板であり、給電点14とは接続されていない。
The widths of the
さらに、本実施形態では、エレメント12a、12bは、短辺側(つまり、無給電素子16側)の頂端部のうち、給電点14に近い側の頂端部11a、11bを、長さ方向にL4、幅方向にH4だけ斜めにカットした形状である。カットされた部分は、エレメント12a、12bと無給電素子16との間隔が無給電素子14の中央部から両端部に向かって、次第に狭くなっている。つまり、無給電素子14の中央部におけるエレメント12a、12bとの間隔は、無給電素子14の両端部におけるエレメント12a、12bとの間隔よりも広くなっている。このように頂端部11a、11bをカットすることで、本実施形態に係る台形型2エレメントアンテナ10は、従来の台形型2エレメントアンテナの電流分布と異なる電流分布となる。
Furthermore, in the present embodiment, the
図2は、本実施形態における台形型2エレメントアンテナの各周波数に対する利得と、従来の台形型2エレメントアンテナ(つまり、頂端部11a、11bがカットされていないアンテナ)の各周波数に対する利得とを示す特性図である。図2において、実線が、本実施形態における利得、破線が従来における利得を示す。図2に示すように、頂端部11a、11bをカットすることで、各周波数における利得が従来と比較して平坦化される。
FIG. 2 shows the gain for each frequency of the trapezoidal two-element antenna in this embodiment and the gain for each frequency of the conventional trapezoidal two-element antenna (that is, the antenna in which the top ends 11a and 11b are not cut). FIG. In FIG. 2, the solid line indicates the gain in the present embodiment, and the broken line indicates the conventional gain. As shown in FIG. 2, by cutting the
ここで、L4およびH4の寸法は、実験により各周波数における利得が平坦化するように定めるが、例えばL4およびH4は、それぞれH1の3/4程度の寸法とする。なお、L4およびH4は必ずしも同寸法である必要はない。 Here, the dimensions of L4 and H4 are determined by experiments so that the gain at each frequency is flattened. For example, L4 and H4 are each about 3/4 of H1. Note that L4 and H4 do not necessarily have the same dimensions.
図3は、本実施形態における台形型2エレメントアンテナの反射量を示した特性図である。反射量の目標値内に共振周波数470MHzと710MHzがあり、共振周波数470MHzは実験的にλ/2=(L1+L2)/2の関係で決まり、反射量の目標値における帯域幅BW1はH1により決まる。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing the amount of reflection of the trapezoidal two-element antenna in the present embodiment. There are
さらに、共振周波数710MHzは実験的にλ/2=L3とH2により決まり、帯域幅BW2はH3により決まり、台形型2エレメントアンテナのエレメントサイズが決定される。
Further, the
続いて、動作について説明する。最初に給電点14から給電素子であるエレメント12a、12bへ電流が流れ、共振周波数470MHzに対して共振する。次に、給電素子であるエレメント12a、12bの短辺側から無給電素子16に電流が誘起されて共振周波数710MHz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。
Subsequently, the operation will be described. First, a current flows from the
図4A、図4Bは、台形型2エレメントアンテナ10を車両の後方バンパー部に内蔵した場合の指向性パターンと、従来の台形型2エレメントアンテナを同様位置に内蔵した場合の指向性パターンとを示す図である。図4A、図4Bにおいて、実線は本実施形態における指向性パターン、破線は従来の指向性パターンである。さらに、図4Aは、共振周波数470MHz、図4Bは、共振周波数710MHzにおける指向性パターンを示す。
4A and 4B show a directivity pattern when the trapezoidal two-
なお、本実施形態におけるL1〜H4の寸法比率に関し変更を行い、その条件に適した周波数、帯域幅への調整も当業者であれば好適に調整することが可能である。 A person skilled in the art can suitably adjust the frequency and bandwidth suitable for the conditions by changing the dimensional ratio of L1 to H4 in the present embodiment.
また、エレメントの材質を軟性があり、導電性のある材料、例えは導電ゴム、導電性塗料などを使用してもよく、絶縁フィルム上に導電パターンを形成する方法でも実現できる。さらに、エレメントの材質を板状ではなく、網状にしても好適に現状と同等の性能を得ることが可能である。 Further, the material of the element is flexible, and a conductive material, for example, conductive rubber, conductive paint, etc. may be used, and it can also be realized by a method of forming a conductive pattern on an insulating film. Furthermore, even if the material of the element is not a plate shape but a net shape, it is possible to suitably obtain the same performance as the current state.
加えて、本実施形態では、台形型2エレメントアンテナの設置場所として、車両の後方バンパー内部を例示した。しかし、設置場所は、後方バンパー内部に限らず、アンテナ近傍に金属ボディー(GND板)が配置されていれば、ドアやルーフ、ボンネット上など他の位置に設置してもよい。 In addition, in the present embodiment, the interior of the rear bumper of the vehicle is illustrated as the installation location of the trapezoidal two-element antenna. However, the installation location is not limited to the interior of the rear bumper, and may be installed at other positions such as on a door, roof, or bonnet as long as a metal body (GND plate) is disposed near the antenna.
さらに、周波数帯は上記の帯域に限らず、広帯域の周波数特性が必要とされるアナログTV、デジタルTV、FMラジオなど他のメディアに対しても本実施形態は有効である。 Furthermore, the frequency band is not limited to the above-described band, and the present embodiment is effective for other media such as analog TV, digital TV, and FM radio that require wideband frequency characteristics.
10 台形型2エレメントアンテナ、11a,11b 頂端部、12a,12b エレメント、14 給電点、16 無給電素子。 10 trapezoidal two-element antenna, 11a, 11b top end, 12a, 12b element, 14 feeding point, 16 parasitic element.
Claims (2)
給電点と、前記給電点を中心に対称的に配置され、対向する長辺と短辺とが形成された2つの台形型導電体とを有する平面ダイポールアンテナと、
前記台形型導電体の短辺側に配置され、当該短辺方向に長い形状を有する無給電素子と、
を備え、
前記各台形型導電体は、前記無給電素子側の頂端部のうち前記給電点に近い側の頂端部をカットした形状を有し、前記台形型エレメントアンテナの利得の周波数特性を平坦化することを特徴とする台形型エレメントアンテナ。 A trapezoidal element antenna for in-vehicle use,
Feeding point, symmetrically disposed around the feed point, and planar dipole antenna having opposed long sides and two to the short sides are formed trapezoidal conductor,
A parasitic element that is disposed on the short side of the trapezoidal conductor and has a shape that is long in the short side direction;
With
Each of the trapezoidal conductors has a shape obtained by cutting a top end portion on the side close to the feeding point among the top end portions on the parasitic element side, and flattens the frequency characteristics of the gain of the trapezoidal element antenna. A trapezoidal element antenna.
前記カットした形状は、前記台形型導電体と前記無給電素子との間隔が前記無給電素子の中央部から端部に向かって狭くなる形状である、
ことを特徴とする台形型エレメントアンテナ。 The trapezoidal element antenna according to claim 1,
The cut shape is a shape in which the gap between the trapezoidal conductor and the parasitic element becomes narrower from the central part toward the end of the parasitic element.
A trapezoidal element antenna.
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