JP6786945B2 - アンテナ - Google Patents
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Description
また、近年、FMラジオ及びAMラジオの他に、DAB(Digital Audio Broadcast)等のデジタルラジオが実用化されており、FMラジオ用アンテナ等と、DAB用アンテナとを個別に備えることが一般的であった(たとえば、特許文献2参照)。DABは、174MHz(メガヘルツ)〜240MHzのband IIIと1452MHz〜1492MHzのL−bandとの2つの異なる周波数帯から構成されている。
[1]車体に取り付けられる樹脂製部材と、前記樹脂製部材内に備えられ、第1の周波数帯に共振可能な第1の長さを有するアンテナ素子と、前記樹脂製部材内に備えられ、容量結合部を介して前記アンテナ素子と容量結合された無給電素子であって、前記アンテナ素子が有する前記第1の長さと合算することで、前記第1の周波数帯とは異なる第2の周波数帯に共振可能な第2の長さの領域を少なくとも有する無給電素子とを備えることを特徴とするアンテナ。
「FM帯」とは、FMラジオの周波数帯のことを意味する。「FM帯」は、たとえば、76MHz(メガヘルツ)〜108MHzの範囲の周波数帯である。
「DAB帯」とは、DABの周波数帯を意味する。「DAB帯」は、たとえば、170MHz〜240MHzのband IIIの周波数帯である。
[第1の実施形態]
図1は、第1の実施形態のスポイラアンテナ1を車両に搭載した一例を示す外観図である。また、図2は、本実施形態のスポイラアンテナ1の内部構成例を示す図である。
図1に示すリアスポイラ100(樹脂製部材の一例)は、自動車の車体2後部に取り付けられている。本実施形態において、リアスポイラ100は、内部にFM/DAB共用アンテナ10及びAM用アンテナ20を搭載したスポイラアンテナ1(アンテナの一例)に相当する。また、リアスポイラ100は、FM/DAB共用アンテナ10の上方又は下方に、ハイマウントストップランプ(HMSL:High Mount Stop Lamp)40を備えている。
FM/DAB共用アンテナ10は、1つのアンテナでFM帯とDAB帯との両方の電波を受信可能なアンテナである。FM/DAB共用アンテナ10は、アンテナ素子11と、無給電素子12と、一点鎖線で囲まれた領域内の容量結合部13と、給電点14とを備えている。
なお、以下の説明において、「(1/4)波長(λ)の長さ」のことを、「(1/4)λ共振長」ということがある。また、「FM帯の中心周波数における波長」を「λFM」と表記することがある。
なお、以下の説明において、「(3/4)波長(λ)の長さ」のことを、「(3/4)λ共振長」ということがある。また、「DAB帯の中心周波数における波長」を「λDAB」と表記することがある。
給電点14は、アンテナ素子11の一端に接続される。アンテナ素子11には、給電点14から給電される。そして、FM/DAB共用アンテナ10が受信した電波に対応する信号が、給電点14から車体2内に備えられたアンプ30に出力される。
アンテナ素子21は、絶縁体の被膜で覆われた金属線である導線により構成される。
給電点22は、アンテナ素子21の一端に接続される。アンテナ素子21には、給電点22から給電される。そして、AM用アンテナ20が受信した電波に対応する信号が、給電点22からアンプ30に出力される。
図3は、本実施形態のFM/DAB共用アンテナ10の等価回路を示す図である。
図3に示すように、FM/DAB共用アンテナ10は、容量結合部13をコンデンサに置き換えた等価回路として表すことができる。
また、無給電素子12は、コンデンサを介してアンテナ素子11と接続されている。無給電素子12の長さL2と、アンテナ素子11の長さL1とを合算した長さL4(=L1+L2≒(3/4)λDAB共振長)は、ほぼ(3/4)λDAB共振長の長さになり、DAB帯の電波を効率良く受信可能である。すなわち、FM/DAB共用アンテナ10は、DAB帯の電波を受信する場合に、アンテナ素子11及び無給電素子12が、DAB帯の(3/4)波長のアンテナとして機能する。FM/DAB共用アンテナ10の長さL4は、たとえば、1m程度の長さとなる。
図4は、本実施形態のスポイラアンテナ1のアンテナ特性を示す図である。図4は、従来のFM帯用のアンテナと、従来のFM帯及びDAB帯共用のアンテナと、本実施形態のスポイラアンテナ1とのアンテナ特性の測定結果を示している。
また、図4に示す測定に用いた従来のFM帯及びDAB帯共用のアンテナは、無給電素子を有さずに、絶縁体の被膜で覆われた金属線である1本の導線により構成されている。また、従来のFM帯及びDAB帯共用のアンテナは、FM帯の周波数における波長の3/4の長さ(2.2m)を有する。図4の説明において、従来のFM帯及びDAB帯共用のアンテナを「(3/4)λFMアンテナ」と表記する。
また、横軸の項目は、「FM帯」の「水平偏波」及び「垂直偏波」と、「DAB帯」の「水平偏波」及び「垂直偏波」とを示している。
これに対して、「第1の実施形態のスポイラアンテナの平均利得[dB]」は、「FM帯」の「水平偏波」が“−11.57”であり、「垂直偏波」が“−8.16”である。また、「DAB帯」の「水平偏波」が“−10.40”であり、「垂直偏波」が“−10.80”である。
結果として、図4の示す測定結果は、本実施形態のFM/DAB共用アンテナ10が、「FM帯」と「DAB帯」との両方の周波数帯に対して、従来のFM帯及びDAB帯共用のアンテナと同等の受信特性を有していることを示している。また、本実施形態のFM/DAB共用アンテナ10は、従来のFM帯及びDAB帯共用のアンテナが2.2m程度の長さが必要であることに対して、1m程度と小型化を実現している。
これにより、本実施形態のスポイラアンテナ1は、アンテナ素子11と、無給電素子12とを重ねて配置するという簡易な手段により、複数の周波数帯(たとえば、FM帯とDAB帯との両方の周波数帯)の受信を実現できる。
これにより、本実施形態のスポイラアンテナ1は、第1の周波数帯(たとえば、FM帯)と、第2の周波数帯(たとえば、DAB帯)との両方の受信を実現しつつ、アンテナ(FM/DAB共用アンテナ10)を、第2の周波数帯(たとえば、DAB帯)の(3/4)波長の長さ程度に小型化できる。
これにより、本実施形態のスポイラアンテナ1は、第1の周波数帯(たとえば、FM帯)を受信する際に、無給電素子12の影響を低減して、第1の周波数帯(たとえば、FM帯)を効率良く受信できる。また、本実施形態のスポイラアンテナ1は、第2の周波数帯(たとえば、DAB帯)を受信する際に、無給電素子12が機能して、第2の周波数帯(たとえば、DAB帯)を効率良く受信できる。
次に、図面を参照して、第2の実施形態のスポイラアンテナ1aについて説明する。
図5は、第2の実施形態のスポイラアンテナ1aの内部構成例を示す図である。なお、スポイラアンテナ1aの外観は、図1に示す第1の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
本実施形態のスポイラアンテナ1aは、第1の実施形態の容量結合部13の代わりに、コンデンサ13aを備えた場合の一例である。
これにより、本実施形態のスポイラアンテナ1aは、第1の実施形態と同様に、複数の周波数帯を受信可能なアンテナを小型化でき、当該アンテナをリアスポイラ100内の限られた空間に搭載できる。
また、本実施形態のスポイラアンテナ1aは、コンデンサ13aを介して、アンテナ素子11と無給電素子12aとを容量結合させるため、安定した容量結合を実現できる。
次に、図面を参照して、第3の実施形態のスポイラアンテナ1bについて説明する。
図6は、第3の実施形態のスポイラアンテナ1bの内部構成例を示す図である。なお、スポイラアンテナ1bの外観は、図1に示す第1の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
本実施形態のスポイラアンテナ1bは、第1の実施形態の2本の導線を重ねて配置した容量結合部13の代わりに、2枚の導電板を、所定の隙間を設けて重ねて配置した容量結合部13bを備えた場合の一例である。
また、本実施形態の無給電素子12aは、一端に導電板PL2が接続されている。無給電素子12aは、アンテナ素子11と容量結合部13bを介して所定の容量値により容量結合されている。
図7に示すFM/DAB共用アンテナ10bにおいて、容量結合部13bは、導電板PL1と、導電板PL2との間に、スペーサSP1が配置されている。
導電板(PL1、PL2)は、たとえば、金属等の導電体の平板である。また、スペーサSP1は、厚さd2の絶縁体(誘電体)の平板である。
導電板PL1と、導電板PL2とは、所定の容量値になるように、間隔d2で互いに対向して、好ましくは対面して配置されている。
これにより、本実施形態のスポイラアンテナ1bは、第1及び第2の実施形態と同様に、複数の周波数帯を受信可能なアンテナを小型化でき、当該アンテナをリアスポイラ100内の限られた空間に搭載できる。
次に、図面を参照して、第4の実施形態のスポイラアンテナ1cについて説明する。
第4の実施形態では、第1の実施形態のアンテナ素子11及び無給電素子12の長さを変更した変形例について説明する。すなわち、第4の実施形態では、アンテナ素子11を単独で(1/4)λDAB共振長のアンテナとして機能させるとともに、アンテナ素子11及び無給電素子12を(1/4)λFM共振長のアンテナとして機能させる変形例について説明する。
図8に示すFM/DAB共用アンテナ10において、アンテナ素子11は、たとえば、DAB帯(第1の周波数帯の一例)に共振可能な長さL11(第1の長さ)を有する。また、長さL11は、たとえば、DAB帯の中心周波数における波長(λ)の1/4、すなわち(1/4)波長(λ)の長さ((1/4)λDAB共振長)になるように設定されている。すなわち、アンテナ素子11は、ほぼ(1/4)λDAB共振長の長さL11(≒(1/4)λDAB共振長)のアンテナであり、DAB帯の電波を効率良く受信可能である。つまり、FM/DAB共用アンテナ10は、DAB帯の電波を受信する場合に、アンテナ素子11が、DAB帯の(1/4)波長のアンテナとして機能する。
また、無給電素子12とアンテナ素子11との容量結合は、無給電素子12及びアンテナ素子11が、容量装荷型アンテナとして機能するように所定の容量値に定められている。すなわち、無給電素子12の長さL21と、アンテナ素子11の長さL11とを合算した長さL41(=L11+L21≒(1/4)λFM共振長+α≒(3/4)λDAB共振長)は、容量装荷型アンテナとして機能させるため、(1/4)λFM共振長以上に設定され、FM帯の電波を効率良く受信可能である。つまり、FM/DAB共用アンテナ10は、FM帯の電波を受信する場合に、アンテナ素子11及び無給電素子12が、FM帯の(1/4)波長のアンテナとして機能する。FM/DAB共用アンテナ10の長さL41は、たとえば、1.2m程度の長さとなる。
図9は、本実施形態のスポイラアンテナ1cのアンテナ特性を示す図である。図9は、従来のFM帯及びDAB帯共用のアンテナと、本実施形態のスポイラアンテナ1cとのアンテナ特性の測定結果を示している。
図9において、縦軸の項目は、上から順に、「(3/4)λFMアンテナの平均利得[dB]」、及び「第4の実施形態のスポイラアンテナの平均利得[dB]」を示している。
また、横軸の項目は、図4と同様に、「FM帯」の「水平偏波」及び「垂直偏波」と、「DAB帯」の「水平偏波」及び「垂直偏波」とを示している。
結果として、図9の示す測定結果は、本実施形態のFM/DAB共用アンテナ10が、「FM帯」と「DAB帯」との両方の周波数帯に対して、従来のFM帯及びDAB帯共用のアンテナと同等の受信特性を有していることを示している。また、本実施形態のFM/DAB共用アンテナ10は、従来のFM帯及びDAB帯共用のアンテナが2.2m程度の長さが必要であることに対して、1.2m程度と小型化を実現している。
これにより、本実施形態のスポイラアンテナ1cは、アンテナ素子11のDAB帯による共振に対する無給電素子12の影響を低減できる。
次に、図面を参照して、第5の実施形態のスポイラアンテナ1dについて説明する。
第5の実施形態は、第4の実施形態の変形例であり、アンテナ素子11の長さL1をアンプ30の接続配線を含めた長さにした場合の一例である。
図10に示すスポイラアンテナ1dは、リアスポイラ100と、FM/DAB共用アンテナ10cと、AM用アンテナ20aと、接続コネクタ50とを備えている。なお、図10において、図1及び図2に示す構成と同一の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。
アンテナ素子11aは、たとえば、絶縁体(誘電体)の被膜で覆われた金属線である導線により構成される。アンテナ素子11aは、接続コネクタ50を介してアンプ30に接続される接続配線11bと合算した長さが、DAB帯(第1の周波数帯の一例)に共振可能な長さになる長さL11(第1の長さ)になるように設定されている。たとえば、アンテナ素子11aの長さと、接続配線11bの長さとを合算した長さL11は、(1/4)λDAB共振長になるように設定されている。
接続配線11bと接続配線21bとは、間隔d3(所定の間隔)で、それぞれの導線(配線)を重ね合わせて配置されている。間隔d3は、FM/DAB共用アンテナ10cとAM用アンテナ20aとが容量結合する間隔に設定されている。間隔d3は、たとえば、30mm以下の値である。
接続コネクタ50は、アンテナ素子11aと接続配線11bとを接続するとともに、アンテナ素子21aと接続配線21bとを電気的に接続する。
図11は、本実施形態のスポイラアンテナ1dのアンテナ特性を示す図である。図11に示す例は、FM/DAB共用アンテナ10c及びAM用アンテナ20aの各長さの異なる2つの例(「TypeA」及び「TypeB」)におけるアンテナ特性の測定結果を示している。
また、横軸の項目は、「FM帯(76MHz−90MHz)」の「水平偏波」及び「垂直偏波」と、「FM帯(87MHz−108MHz)」の「水平偏波」及び「垂直偏波」と、「DAB帯」の「水平偏波」及び「垂直偏波」とを示している。
このように、本実施形態では、長さL11及び長さL41に、アンテナ素子11aとアンプ30とを接続する接続配線11bの長さを含めるようにしたため、FM/DAB共用アンテナ10cの受信特性をさらに向上できる。
図12は、本実施形態のAM用アンテナ長とDAB帯のアンテナ特性との関係の一例を示す図である。
図12に示すグラフは、縦軸が「TypeA」の場合のFM/DAB共用アンテナ10cにおけるDAB帯の平均利得[dB]を示し、横軸が、AM用アンテナ20aのアンテナ長(長さL42)を示す。また、該グラフにおいて、特性波形W1は、「DAB帯」の「垂直偏波」の特性波形を示し、特性波形W2は、「DAB帯」の「水平偏波」の特性波形を示す。
これにより、本実施形態のスポイラアンテナ1dは、アンテナ素子11aとアンプ30とを接続する接続配線11bがアンテナとして機能することを考慮するため、第4の実施形態よりさらにFM/DAB共用アンテナ10cの受信特性を向上できる。また、本実施形態のスポイラアンテナ1dは、リアスポイラ100(樹脂製部材)内のアンテナをさらに小型化できる。
これにより、本実施形態のスポイラアンテナ1dは、AM用アンテナ20aとFM/DAB共用アンテナ10cとを容量結合させることができ、FM/DAB共用アンテナ10cの受信特性をさらに向上できる。
たとえば、各実施形態において、無給電素子12(12a)は、直線状に配置される例を説明したが、図13に示すように、リアスポイラ100内において、折り曲げて配置してもよい。
図13は、第1の実施形態のFM/DAB共用アンテナ10の変形例を示す図である。
FM/DAB共用アンテナ10は、図13に示すように導線が折り曲げられた無給電素子12を備えるようにしてもよい。これにより、FM/DAB共用アンテナ10は、車体2の横幅の短い自動車に対しても、リアスポイラ100内の限られた空間に搭載できる。
また、各実施形態において、スポイラアンテナ1(1a〜1d)は、FM帯とDAB帯との電波の受信を共用するFM/DAB共用アンテナ10(10a〜10c)を備える例を説明したが、他の周波数帯の電波の受信を共用するようにしてもよい。
また、各実施形態において、DAB帯の波長を、DAB帯の中心周波数における波長として説明したが、これに限定されるものではなく、たとえば、DAB帯に含まれる周波数における波長であれば、他の周波数における波長であってもよい。
2 車体
10、10a、10b、10c FM/DAB共用アンテナ
11、11a、21、21a アンテナ素子
11b、21b 接続配線
12、12a 無給電素子
13、13b 容量結合部
13a コンデンサ
14、22 給電点
20、20a AM用アンテナ
30 アンプ
40 ハイマウントストップランプ(HMSL)
41 ストップランプ用配線
50 接続コネクタ
100 リアスポイラ
PL1、PL2 導電板
SP1 スペーサ
Claims (13)
- 車体に取り付けられる樹脂製部材と、
前記樹脂製部材内に備えられ、第1の周波数帯に共振可能な第1の長さを有するアンテナ素子と、
前記樹脂製部材内に備えられ、容量結合部を介して前記アンテナ素子と容量結合された無給電素子であって、前記アンテナ素子が有する前記第1の長さと合算することで、前記第1の周波数帯とは異なる第2の周波数帯に共振可能な第2の長さの領域を少なくとも有する無給電素子と、
前記第1の周波数帯及び前記第2の周波数帯とは異なるAMラジオの周波数帯で共振可能なAM用アンテナと、
前記アンテナ素子に接続される接続配線と、
前記AM用アンテナに接続される接続配線と
を備え、
前記アンテナ素子に接続される接続配線と、前記AM用アンテナに接続される接続配線との間隔は、前記アンテナ素子と前記AM用アンテナとが容量結合する間隔である
ことを特徴とするアンテナ。 - 前記アンテナ素子と、前記無給電素子とは、所定の間隔を空けて、第3の長さを重ねて配置されることで容量結合され、
前記無給電素子は、前記第2の長さに前記第3の長さを付加した長さを有する
請求項1に記載のアンテナ。 - 前記アンテナ素子と、前記無給電素子とは、コンデンサを介して、容量結合される
請求項1に記載のアンテナ。 - 前記アンテナ素子は、一端に導電体である第1導電板が接続され、
前記無給電素子は、一端に導電体である第2導電板が接続され、
前記第1導電板と、前記第2導電板とは、所定の間隔で互いに対向して配置される
請求項1に記載のアンテナ。 - 前記第2の周波数帯が、前記第1の周波数帯よりも高く、
前記第1の長さが、前記第1の周波数帯に応じた第1範囲内における第1波長の1/4の長さであり、前記第1の長さと前記第2の長さとを合算した長さが、前記第2の周波数帯に応じた第2範囲内における第2波長の3/4の長さである
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のアンテナ。 - 前記容量結合部は、前記第1の周波数帯の信号を通過させない容量値を有する
請求項5に記載のアンテナ。 - 前記第1の周波数帯は、FMラジオの周波数帯であり、
前記第2の周波数帯は、DABラジオの周波数帯である
請求項5又は請求項6に記載のアンテナ。 - 前記第1の周波数帯が、前記第2の周波数帯よりも高く、
前記第1の長さが、前記第1の周波数帯に応じた第1範囲内における第1波長の1/4の長さであり、前記第1の長さと前記第2の長さとを合算した長さが、前記第2の周波数帯に応じた第2範囲内における第2波長の1/4以上の長さである
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のアンテナ。 - 前記第2の長さが、前記第1範囲内における第3波長の1/2の長さである
請求項8に記載のアンテナ。 - 前記第1の周波数帯は、DABラジオの周波数帯であり、
前記第2の周波数帯は、FMラジオの周波数帯である
請求項8又は請求項9に記載のアンテナ。 - 前記アンテナ素子及び前記無給電素子は、前記樹脂製部材内に配置されている配線と交差しないように配置される
請求項1から請求項10のいずれか一項に記載のアンテナ。 - 前記樹脂製部材は、リアスポイラである
請求項1から請求項11のいずれか一項に記載のアンテナ。 - 前記アンテナ素子と前記AM用アンテナとが容量結合する前記間隔は、30mm以下である
請求項1から請求項12のいずれか一項に記載のアンテナ。
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