JP5007480B2 - アンテナ装置 - Google Patents
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Description
また、アンテナ装置100において、エレメント110をアンテナ基部111に対して垂直方向に回動させてアンテナ基部111の下面からエレメント110の先端までの高さh101を約70mmとした状態を示す側面図を図71に示す。
これらの図に示す本発明の実施例にかかるアンテナ装置1は、車両のルーフに取り付けられるアンテナ装置とされており、車両に取り付けられた際に車両から突出する高さhは約70mmとされている。アンテナ装置1は極めて低姿勢(周波数100MHzの波長をλとすると、高さhは約0.0023λ以下)とされているが、AM放送とFM放送を受信することが可能とされている。このアンテナ装置1の形状は先端に行くほど細くなる流線型とされており、車両の美観・デザインを損ねないようある程度の範囲内において自由に形状を決定することができる。そして、アンテナ装置1の下面には、ゴム製またはエラストマー製の柔軟なベースパッドが嵌着されており、車両に水密に取り付けることができるようにされている。
図7を参照して本発明にかかるアンテナ装置1の組み立てについて説明すると、アンテナケース10内の上部にトップ部31が2本のネジ40により固着される。アンテナ基板30の上端には接続金具36が嵌着される。接続金具36はアンテナ基板30を挟持することによりアンテナ基板30の上部に取り付けられる。また、アンテナ基板30上にコイル35がハンダ付けされて取り付けられる。このアンテナ基板30は、2本のネジ41によりアンテナベース20に立設されて固着される。また、アンプ基板34はアンテナ基板30より前方に配置され、3本のネジ42によりアンテナベース20にほぼ平行に固着される。アンプ基板34からは増幅されたAM受信信号およびFM受信信号を出力するケーブル22が導出されており、ケーブル22の先端に端子43が装着され、端子43はアンプ基板34の裏面に固着される。また、アンテナ基板30に針金状の接続線33の一端が接続され、接続線33の他端がアンプ基板34に接続されることにより、アンテナ基板30に設けられたコイル35の出力端とアンプ基板34に設けられたAM/FMアンプの入力端とが接続されて、アンテナパターンとトップ部31とにより構成されるアンテナエレメントにより受信されたAM/FM受信信号がアンプ基板34におけるAM/FMアンプに入力されるようになる。アンテナベース20の引き出し孔から引き出されたケーブル22を束ねるように、ケーブル22の根本にはカラー45が嵌着される。
アンテナベース20の下面にはベースパッド24が嵌着される。ベースパッド24の周縁部には合計5つのネジの頭部が挿通可能な孔部が形成されており、この孔部に下から5本のネジ46を挿通して、ネジ46をアンテナベース20の周縁部に形成された嵌入孔に挿通し、アンテナケース10の下面の周縁に螺着する。これにより、アンテナ装置1を組み立てることができる。組み立てられたアンテナ装置1を、車両に形成された取付孔にボルト部21を位置合わせして取り付けると、上述したようにフック44によりアンテナ装置1は取付孔に仮止めされる。この状態において、車内からナット47をボルト部21に螺着することにより、アンテナ装置1を車体に取り付けることができる。
これらの図の説明は前述した通りであるから説明は省略するが、アンテナ基板30は2本のネジ41によりアンテナベース20に立設して取り付けられており、アンテナ基板30の下端には切欠30iが形成されて、この切欠30iに一部収納されるようGPSアンテナ32をアンテナベース20に取り付けることができる。GPSアンテナ32が取り付けられた場合は、GPSアンテナ32からもケーブル22に沿ってケーブルが導出される。また、アンテナ基板30の上部を跨ぐように配置されたトップ部31の斜面とされた側部の下縁とアンテナベース20の上面との間隔がh10とされ、間隔h10は例えば約34.4mmとされている。なお、GPSアンテナ32は必要とされる場合に限って取り付けられる。また、トップ部31の後部は斜めに切り取られてアンテナベース20の後端より後方へ突出されており、アンテナベース20との対向面積が極力低減されている。
これらの図に示すように、アンテナケース10は電波透過性の合成樹脂製とされており、先端に行くほど細くなる流線型の外形形状とされている。アンテナケース10内には、立設されたアンテナ基板30およびアンテナ基板30の上部に配置されたトップ部31を収納できる空間と、アンプ基板34を横方向に収納できる空間が形成されている。
これらの図に示すトップ部31は、金属板を加工して形成されており、前方に向かって緩やかに降下する曲面とされた頂部を有し、頂部から両側に傾斜した第1側部31aと第2側部31bが形成されている。第1側部31aと第2側部31bの斜面は急傾斜の斜面とされている。第1側部31aと第2側部31bには3つずつスリット31fが形成されて、それぞれの側部31a、31bは4つの片からなっている。この片の内のほぼ中央よりの一対の片が接触片31cとされている。接触片31cは、中途からほぼ垂直なるよう折曲されて形成されている。また、トップ部31の頂部には平坦部31eが2カ所形成されて、平坦部31eにそれぞれネジ孔31dが形成されている。このネジ孔31dにそれぞれネジ40が挿通されて、アンテナケース10の頂部の内側に螺着されることにより、トップ部31がアンテナケース10に内蔵されるようになる。
これらの図に示すフック44は、矩形状の本体部44aを有し、本体部44aの4隅から下方へ向かって、先端に鈎状の係合片が形成された嵌合脚部44bが一側の両側部に対向するように形成されている。また、他側の両側部のほぼ中央から下方へ延伸するように長い係合脚部44cが対向するように形成されている。フック44をアンテナベース20に取り付ける際には、嵌合脚部44bがアンテナベース20に形成された矩形穴の縁部に係合し、長い係合脚部44cはアンテナベース20に形成された矩形穴から抜け出てボルト部21の側面に沿って突出するようになる。係合脚部44cは、アンテナ装置1を車体に取り付ける際に、車体に設けられた取付孔の縁部に係合して、アンテナ装置1が抜け出ないように仮止めできるようになる。
これらの図に示すアンテナベース20は、前部がテーパ状に細くされたほぼ矩形状の平板からなる本体部20aを有し、本体部20aの周縁部には合計5つの嵌入孔20fが形成されている。この嵌入孔20fに下からそれぞれ挿通されたネジ46をアンテナケース10の下面の周辺部に螺着することにより、アンテナケース10がアンテナベース20に嵌着される。本体部20aのテーパ状に細くされた前部には3つのボス20eが形成されており、このボス20e上にアンプ基板34が載置されてアンプ基板34に挿通されたネジ42をそれぞれボス20eに螺着することにより、アンプ基板34をアンテナベース20に固着することができる。
これらの図に示すベースパッド24は、前部に向かって次第に細くなる曲面とされ、後端が直線状とされた細長い楕円形を半截した形状の平板からなる本体部24aを有し、本体部24aの表面にはアンテナベース20の外形形状に沿った形状の周壁部24bが形成されている。ベースパッド24の表面にアンテナベース20を載置して、周壁部24bにアンテナベース20の周縁を嵌合することにより、アンテナベース20の下面にベースパッド24が嵌着される。また、周壁部24bに沿って合計5つの孔部24dが形成されており、この孔部24dには、アンテナベース20の嵌入孔20fに下から挿通されるネジ46の頭部が挿通される。本体部24aの中央から前部にかけて楕円形の切欠孔24cが形成されており、この切欠孔24cからはアンテナベース20の下面に設けられているボルト部21とケーブル22およびカラー45が突出するようになる。
これらの図に示す接続金具36は弾性を有する金属板を加工して形成されており、中央部が折り返されるよう折曲されている金具本体36aを有している。金具本体36aにおける前部と後部の両側にはそれぞれ挟持片36cが形成されており、2枚ずつの挟持片36cが向き合って配置され、その先端部が接触していると共に先端が開くように加工されている。また、2組の挟持片36cの間には挟持片36cより長く形成された接触片36bが向き合って形成されている。接触片36bは下方へ行くほど拡がるように拡開され先端部は外方へ向かって半円形にカールされている。接続金具36は、アンテナ基板30の上端を挟持するように取り付けられる。この際に、一対の挟持片36cの先端が開いていることから、アンテナ基板30の上端から容易に挟持片36cの間に挿入することができるようになる。また、接続金具36がアンテナ基板30の上部に挿着された際に、アンテナ基板30の上部に形成されているアンテナパターンに接続金具36が電気的に接続されるようになる。また、アンテナベース20にアンテナケース10を嵌着した際に、アンテナケース10内に取り付けられているトップ部31の接触片31cの内面に拡開されている接触片36bが接触する。これにより、トップ部31は接続金具36を介してアンテナパターンに電気的に接続されるようになる。
これらの図に示すアンテナ基板30は、高周波特性の良好なガラスエポキシ基板等のプリント基板とされている基板本体30aを備え、基板本体30aには矩形状の部分の上部から突出する突出部30fと左下部から左側へ突出する部分が形成されている。基板本体30aの上部と突出部30fにはアンテナパターン30bが両面に形成されており、左側の周縁にはアンテナパターン30bの下から細長いパターンが左下部から突出する部分にかけて両面に形成されている。また、突出部30fは接続金具36を挿着する部位とされ、突出部30fの上端の両側には接続金具36の位置決めのための突起30hがそれぞれ形成されている。基板本体30aの下部には2つの取付孔30dが形成されており、取付孔30dの間に切欠30iが形成されている。この取付孔30dの周囲にはリング状のパターンが両面に形成されており、取付孔30dにそれぞれネジ41が挿通されてアンテナベース20のネジ部20dに螺着されることにより、アンテナ基板30がアンテナベース20に立設して取り付けられる。また、切欠30iに一部収納されるようGPSアンテナ32がアンテナベース20に取り付けられる。
図37に示すアンテナ装置1における平均利得の周波数帯域は76MHz〜90MHzのFM波帯の周波数帯域とされており、従来のアンテナ装置100において全高h100を約195mm(図70参照)とした場合を従来例1として、全高h100を約70mm(図71参照)とした場合を従来例2として示している。従来例1と従来例2との平均利得の周波数特性を参照すると、全高h100を約195mmから約70mmに低くすると、FM波帯の周波数帯域の全体にわたり平均利得が約7dB劣化することが分かる。そして、図37を参照すると、本発明のアンテナ装置1は取り付けられた際に突出する高さhが約70mmとされていても全高h100が約195mmとされた従来例1と同等の平均利得の周波数特性が得られており、特に約84MHz以上の高域においては向上した平均利得が得られていることがわかる。
図38に示すS/N比の周波数帯域は531kHz〜1602kHzのAM波帯の周波数帯域とされている。図38は従来例1のアンテナ装置100を基準として、従来例1のアンテナ装置100においてS/N比が20dB得られるアンテナ入力値を0dBに基準化し、本発明のアンテナ装置1および従来例2のアンテナ装置100において20dBのS/N比が得られるアンテナ入力値を、基準化されたアンテナ入力値に対する入力改善値[dB]として示している。従来例1と従来例2との入力改善値の周波数特性を参照すると、全高h100を約195mmから約70mmに低くすると、AM波帯の周波数帯域の全体にわたり入力改善値が約4.5〜約5dB劣化することが分かる。すなわち、S/N比が劣化する。そして、図38を参照すると、本発明のアンテナ装置1は高さhが約70mmとされていても全高h100が約195mmとされた従来例1と同等以上の入力改善値の周波数特性が得られており、周波数が高くなるにつれて向上した入力改善値が得られて、S/N比が向上されていることがわかる。
図39に示す周波数帯域は76MHz〜90MHzのFM波帯の周波数帯域とされている。図39においても従来例1のアンテナ装置100においてS/N比が30dB得られるアンテナ入力値を0dBに基準化し、本発明のアンテナ装置1および従来例2のアンテナ装置100において30dBのS/N比が得られるアンテナ入力値を、基準化されたアンテナ入力値に対する入力改善値[dB]として示している。従来例1と従来例2との入力改善値の周波数特性を参照すると、全高h100を約195mmから約70mmに低くすると、FM波帯の周波数帯域の低域(76MHz)においては約4dB劣化し、中域(83MHz)においては約1dBの劣化にとどまるが中域から高域に行くにつれて劣化するようになり90MHzでは7dB劣化することが分かる。そして、図39を参照すると、本発明のアンテナ装置1は高さhが約70mmとされていても全高h100が約195mmとされた従来例1と同等の入力改善値の周波数特性が得られて、S/N比が向上されていることがわかる。
図40は基礎実験に用いたアンテナ装置1の構成を示す平面図であり、図41は基礎実験に用いたアンテナ装置1の構成を示す正面図であり、図42は基礎実験に用いたアンテナ装置1の構成を示す右側面図である。これらの図に示すように、アンテナ装置1におけるトップ部31−1の形状は実施例のトップ部31と若干異なっているが長さや幅の寸法はほぼ同様とされており、アンテナエレメントとしてはほぼ同様の電気的性能を奏している。トップ部31−1は、頂部がほぼ平坦に形成されて両側部は下方へ向かって急傾斜の斜面とされている。トップ部31−1の後部は斜めに切り取られてアンテナベース20との対向面積を極力低減させている。このトップ部後方突出長さの基礎実験では、図40,図41に示すように標準の位置からのトップ部31−1の移動量LをL1,L2,L3,L4と後方へ移動しており、ここでは、移動量L1,L2,L3,L4をそれぞれ約10mm、約20mm、約30mm、約40mmとしている。なお、図43はトップ部31−1の移動量Lを約40mm(L4)とした際の構成を示す正面図とされている。
上記した基礎実験から、トップ部31を後方へ移動するほどグランドからの間隔が大きくなって、グランドとトップ部31間の浮遊容量が減少されて、AM波帯においてもFM波帯においてもゲインおよびS/N比が向上することが分かる。
図51は基礎実験に用いたアンテナ装置1の構成を示す右側面図であり、図52は基礎実験に用いたアンテナ装置1の構成を示す正面図であり、図53は基礎実験に用いたアンテナ装置1の構成を示す平面図である。これらの図に示すように、アンテナ装置1におけるトップ部31−2の形状は実施例のトップ部31と若干異なっており、前述したトップ部を後方へ移動させる基礎実験に用いたトップ部31−1の両側部の寸法を大きくした形状とされている。下方へ向かって急傾斜の斜面とされているトップ部31−2の両側部は、水平方向に約50mmとされ斜面における下方への寸法が約60mmとされている。このトップ部高さの基礎実験では、図51ないし図53に示すようにトップ部31−2のアンテナベース20からの高さHをH1,H2,H3,H4と高くしており、ここでは、高さH1,H2,H3,H4をそれぞれ約5mm、約10mm、約20mm、約30mmとしている。なお、図54はトップ部31−2の高さHを約30mm(H4)とした際の構成を示す正面図であり、図55はトップ部31−2の高さHを約30mm(H4)とした際の構成を示す右側面図とされている。
上記した基礎実験から、トップ部31のアンテナベース20からの高さHを高くするほどアンテナベース20とされるグランドからの間隔が大きくなって、グランドとトップ部31間の浮遊容量が減少されるようになる。ここでは、高さHを約10mm以上とするとAM波帯においてもFM波帯においてもゲインおよびS/N比が向上することが分かる。
Vi=V0・Ca/(Ca+Ci) (1)
(1)式で示されるように、無効容量Ciが小さいほどアンプAMPに入力されるアンテナ入力部電圧Viは大きくなって、アンテナ装置1のゲインが向上することがわかる。
上記の説明では金属板からなるトップ部をアンテナケース内に取り付けることにより内蔵するようにしたが、トップ部をアンテナケース内の上部内面に蒸着あるいは貼着することにより、トップ部をアンテナケース内に内蔵させるようにしてもよい。また、本発明にかかるアンテナ装置は車両のルーフやトランクに取り付けられる車載用としたが、これに限るものではなくAM波帯とFM波帯を受信するアンテナ装置であれば適用することができる。
Claims (3)
- アンテナケースと、該アンテナケース内に収納されるアンテナ部とを備え、取り付けられた際に約70mm以下の高さで突出するアンテナ装置であって、
前記アンテナ部は、
前記アンテナケースの下端に、前記アンテナケースの下面を閉塞するよう嵌着される導電性のアンテナベースと、
該アンテナベース上に立設されて配置され、アンテナパターンが上部に形成されているアンテナ基板と、
頂部と、該頂部の両側から斜面とされた側部が形成されて断面形状が山形に形成されており、前記アンテナ基板を跨ぐように配置されていると共に、前記頂部近傍が前記アンテナパターンに接続されて、前記アンテナパターンと共にアンテナエレメントを構成しており、後部が、前記アンテナベースの後端より後方に突出している導電性のトップ部と、
前記アンテナエレメントにより受信されたAM放送とFM放送の信号を増幅するアンプが設けられ、前記アンテナベース上に配置されているアンプ基板とを備え、
前記トップ部における前記側部の下縁と前記アンテナベースとの間隔が約10mm以上とされており、前記アンテナ基板における前記アンテナパターンが、前記アンプ基板における前記アンプの入力に、前記アンテナエレメントのインダクタンス分を補うコイルを介して接続されていることを特徴とするアンテナ装置。 - 前記トップ部の大きさが、前記アンテナエレメントのアンテナ容量が約3pF以上となる大きさとされていることを特徴とするアンテナ装置。
- 前記アンテナパターンが形成されている前記アンテナ基板の上部を挟持するように取り付けられ、両側に拡がるよう形成されている接触片を有する接続金具を、前記アンテナ部はさらに備え、
前記アンテナケース内の上部に前記トップ部が内蔵されて取り付けられており、前記アンテナケースにより前記アンテナ部を覆うように前記アンテナベースに前記アンテナケースを取り付けた際に、前記接続金具の前記接触片が前記トップ部の前記側部の内側に接触することにより、前記トップ部と前記アンテナパターンとが電気的に接続されることを特徴とする請求項1または2記載のアンテナ装置。
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