JP7224716B2 - アンテナ装置 - Google Patents
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Description
前記第1エレメントは、それぞれその一端が当該第1エレメントの導体板に接続された複数のリアクタンス素子をさらに含み、これらのリアクタンス素子が当該導体板と共に前記第1周波数帯において直列共振回路として動作する。
第1実施形態では、本発明をVHF帯、例えばFM帯(76[MHz]~90[MHz])及びMF帯、例えばAM帯(0.520[MHz]~1.710[MHz])において使用可能な低背型のアンテナ装置に適用した場合の例を説明する。このアンテナ装置は、アンテナ収容体の一例となるアンテナケースにアンテナエレメントを収容して構成され、例えば車両ルーフに取り付けて使用されるものである。
プリント基板16には、各増幅回路などの接地端子と導通するGNDパターンも形成されている。GNDパターンには、金属製の一対のGNDターミナル15a,15bが固定されている。GNDターミナル15a,15bは、金属製の導電ベース19と導通させる部品である。プリント基板16の裏面には第1出力端子及び第2出力端子と電気的に接続された信号ケーブルを保持するケーブルホルダ17が固定されている。
なお、第1コイル14a及び第2コイル14bの長径及び短径あるいはそれらの形状・サイズは,上記例に限定されず、設置スペースなどに応じて任意に変更しても良い。第1コイル14aと第2コイル14bとの離間距離も同様である。
これに対し、第1実施形態のアンテナ装置1が有するFMアンテナでは、放射電力P2をリファレンスアンテナ1Rの放射電力P1と同じとし、第1コイル14a及び第2コイル14bに流れる電流をI2とすると、各電流I2は電流I1の1/2となる。そのため、アンテナインピーダンスZ2はZ1の4倍となった。つまり、コイルが1つのリファレンスアンテナ1Rに対して、コイルの数の2乗倍に比例して増加する。本発明者らは、第1実施形態のFMアンテナのアンテナインピーダンスがリファレンスアンテナ1Rのアンテナインピーダンスの4倍となる0.23Ωに増加することを確認した。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。第2実施形態では、第1実施形態のアンテナ装置1が有する外側板11と容量板12を、これらの材質及び厚みを変えず、形状及びレイアウトだけを変形させたものである。第1コイル14a、第2コイル14bを含む他の部品の構造については、第1実施形態と同様となるため同一名称及び同一符号を付し、重複部分については説明を省略する。
図9(a)は、第2実施形態に係るアンテナ装置2が有するアンテナエレメントの上面図、同(b)はこのアンテナエレメントの構造を示す模式図である。図9(b)において容量板は透過表示にしてある。第2実施形態のアンテナ装置2は、矩形状の容量板22と、容量板22の全周を同一平面又は略同一平面上で囲う矩形環状の外側板21とを備える。外側板21と容量板22は、各対向端部が重ならないように、5mm程度空けて配置した。容量板22の面積は14400[mm2](=120[mm]×120[mm])である。また、外側板21の面積は5600[mm2](=(10[mm]×150[mm])+(10[mm]×130[mm])+(10[mm]×150[mm])+(10[mm]×130[mm]))である。接地導体GNDと外側板21及び容量板22との距離は第1実施形態のアンテナ装置1と同じである。なお、樹脂ベース部230は、外側板21よりもわずかに大きいサイズである。
第1コイル14aの一端141aは容量板22の第1端部に接続され、他端142aはプリント基板26の配線パターンを介して給電点50に接続される。また、第2コイル14bの一端141bは上記第1の端部とは異なる容量板22の第2端部(第1端部の対向端部)に接続され、他端142bはプリント基板26のGNDパターンを介して接地導体GNDに接続される。これにより、第1実施形態と同様、第1コイル14a及び第2コイル14bが容量板22と共にFM帯において直列共振回路として動作する。給電点50からは、FM信号が取り出し可能となる。
次に、本発明の第3実施形態について説明する。第3実施形態のアンテナ装置3は、所定面積の導体板と2つのリアクタンス素子とを含むFM放送受信用エレメントにおいて、隣り合う第1コイル34aと第2コイル34bの巻回方向を逆にしたものである。外側板11、容量板12、その他の部品の構造については第1実施形態と同様となるため同一名称及び同一符号を付し、重複部分については説明を省略する。
第3実施形態のアンテナ装置3では、第2コイル34bを比較例のアンテナ装置9が有する第2コイル94bと逆方向に巻回した。線状導体の材質、長さ(巻回ピッチ)、外径は、第1コイル34aと同じである。第1コイル34aの一端341aは容量板12の第1端部に接続され、他端342aはプリント基板36の配線パターンを介して図示しない給電点に接続される。第2コイル34bの一端341bは上記の第1端部とは異なる容量板12の第2端部(第1端部の対向端部)に接続され、他端342bはプリント基板36のGNDパターンを介して接地導体GNDに接続される。このような構成にすると、第1コイル34aに流れる電流iaと第2コイル34bに流れる電流ibとが隣り合う部分で同じ方向となる。これに対し、比較例のアンテナ装置9では、第1コイル94aに流れる電流i1と第2コイル94bに流れる電流i2とが隣り合う部分で逆方向となり、相殺される。
本発明の第4実施形態について説明する。第1実施形態では、2つのコイルの巻回ピッチ(コイル長)がそれぞれ同一(5:5)であることを前提として説明した。第1コイル14aの他端142aから容量板12を経て第2コイル14bの他端142bまでの電気長がFM帯の共振長(使用周波数の波長λの1/2)であれば、2つのコイル14a,14bの巻回ピッチは必ずしも同一でなくとも良い。第4実施形態では、第1実施形態のアンテナ装置1において巻回ピッチが他のコイルの巻回ピッチと異なる場合の例について説明する。外側板11、容量板12、その他の部品の構造については第1実施形態と同様となるため同一名称及び同一符号を付し、重複部分については説明を省略する。
図13は、FM帯における放射効率特性図である。実線はアンテナ装置4、長破線は巻回ピッチが5:5である第1実施形態のアンテナ装置1、短破線はアンテナ装置5の特性である。太線と太線との間で示される日本のFM帯における平均の放射効率は、アンテナ装置4が-19.1[dB]、アンテナ装置1が-19.6[dB]、アンテナ装置5が-20.2[dB]である。つまり、給電点50に近いコイル(本実施形態においては、第1コイル)のインダクタンス量が多くなるように設定する(具体的には、例えば、巻回数を多くする)。これにより、FM帯での平均の放射効率を高めることができる。
本発明の第5実施形態について説明する。第2実施形態では、矩形状の容量板22と、容量板22の全周を同一平面又は略同一平面上で囲う矩形環状の外側板21を有するアンテナ装置2の例を説明したが、外側板21及び容量板22とそれぞれ同じ面積であれば、これらの導体板の形状は任意である。第5実施形態では、容量板を円板状とし、その全周に沿って配置される外側板を円環状とした場合の例を説明する。その他の部品の構造については第1実施形態と同様となるため同一名称及び同一符号を付し、重複部分については説明を省略する。
このアンテナ装置6は、円板状の容量板62と、その外周に沿って配置された円環状の外側板61とを有する。容量板62とその周囲の外側板61は、重ならないように5mm程度空けて配置されている。容量板62の面積は14527[mm2](=外径68[mm])である。外側板61の面積は5426[mm2](=外径84[mm]、幅11[mm])である。図14(b)では、容量板62と外側板61は透過表示されている。第1コイル64aと第2コイル64bは、それぞれ外径が半円形であり、その外径により画定される面積の総和が容量板62とほぼ同じである。
本発明の第6実施形態について説明する。第6実施形態は第1実施形態の変形例であり、部品の構造については第1実施形態とほぼ同様となるため同一名称及び同一符号を付し、重複部分については説明を省略する。
図15(a)は、第6実施形態のアンテナ装置7のFM放送受信用エレメントの構造を模式的に示す図、同(b)は概略図である。第6実施形態のアンテナ装置7のFM放送受信用エレメントは、それぞれFM帯で共振する第1FM放送受信用エレメントと第2FM放送受信用エレメントとを含んで構成される。
第1FM放送受信用エレメントは、接地導体GNDとの間で静電容量を生じさせ、該静電容量を当該第1FM放送受信用エレメントに装荷するように配置された第1容量板721と、それぞれその一端が第1容量板721に接続された第1コイル74a及び第2コイル74bとを有する。
第2FM放送受信用エレメントは、接地導体GNDとの間で静電容量を生じさせ、該静電容量を当該第2FM放送受信用エレメントに装荷するように配置された第2容量板722と、それぞれその一端が第2容量板722に接続された第3コイル74c及び第4コイル74dとを有する。図15(a)の例では、説明の便宜上、第1容量板721と第2容量板722は透過表示にしてあるが、ともに7350[mm2](=105[mm]×70[mm])であり、2つで第1実施形態のアンテナ装置1が有する容量板12と略同じ面積となる。接地導体GNDからの高さは、約10[mm]である。
また、第2FM放送受信用エレメントにおいて、第3コイル74cは、その一端741cは第2容量板722の第1端部に接続され、他端742cはプリント基板76のGNDパターンを介して接地導体GNDに接続される。第4コイル74dは、その一端741dが上記の第1端部とは異なる第2容量板722の第2端部(第2容量板722の第1端部の対向端部)に接続され、他端742dはプリント基板76のGNDパターンを介して接地導体GNDに接続される。
各コイル74a~74dは、それぞれその外径により画定される面積が容量板721,722の略1/2(長辺105[mm]×短辺30[mm])の面積であり、所定の巻回ピッチにヘリカル状に巻回される。また、各コイル74a~74dは、互いに5~10[mm]程度空けて、重なり合うことなく配置される。
第6実施形態におけるコイルの数は、第1実施形態におけるコイルの数の2倍である。すなわち、第1コイル74a、第2コイル74b、第3コイル74c及び第4コイル74dに流れる各々の電流は、第1実施形態における第1コイル14a及び第2コイル14bに流れる各々の電流の1/2と同等である。そのため、第1実施形態のアンテナ装置1のアンテナインピーダンスが0.23Ωであった場合と比較して、第6実施形態のアンテナ装置7では、アンテナインピーダンスは、0.86Ωとなり、さらにその4倍近く増加した。
本発明の第7実施形態について説明する。第7実施形態は、第1実施形態の変形例であり、部品の構造については第1実施形態とほぼ同様となるため同一名称及び同一符号を付し、重複部分については説明を省略する。図17(a)は、第7実施形態のアンテナ装置8のFM放送受信用エレメントの構造を模式的に示す図であり、(b)は概略図である。
第7実施形態のアンテナ装置8のFM放送受信用エレメントは、1つの容量板12に3つのコイル84a、84b、84cを同一平面又は略同一平面上で同一方向に並べて配置し、かつ、真ん中の第2コイル84bの巻回方向を他のコイル84a、84cと逆にしたものである。便宜上、容量板12は透過表示にしてある。各コイル84a、84b、84cの外径で画定される面積の総和は、容量板12の面積(15750[mm2](=105[mm]×150[mm])と略同じである。つまり、各コイル84a、84b、84cは容量板12の略1/3(=105[mm]×40[mm])の大きさであり、互いに重なり合うことなく配置される。接地導体GNDから容量板12までの高さは第1実施形態と同じである。プリント基板86は容量板12よりもやや大きい矩形状である。
図18は、FM帯における放射効率特性図である。実線はアンテナ装置8、破線は第1実施形態のアンテナ装置1のものである。図18から明らかなように、アンテナ装置8の放射効率は所望の周波数(84MHz)に近づくほど急峻となり、その周波数では第1実施形態のアンテナ装置1よりも高くなる。また、放射効率の平均利得も向上している。太線と太線との間で示される日本のFM帯の平均でも-18.0[dB]であり、アンテナ装置1よりも向上している。従って、1つの容量板12に接続されるコイルの数を増やした場合、FM帯における所望の周波数についてはその放射効率を格段に高めることが可能となる。
第1ないし第7実施形態では、接地導体GNDから容量板12等の高さを約10mmとしたが、容量板12の面積(複数の場合はその総和)が略同じである場合、接地導体GNDから容量板の高さは少しでも高い方が放射効率が高まる。例えば、第1実施形態のアンテナ装置1において、接地導体GNDから容量板12の裏面までの高さを14.9mm(カバー部10の外壁までは約15mm以下)としても良い。この場合、FM帯における平均の放射効率は-16.6[dB]、AM帯の平均の放射効率は-67.5[dB]であり、10mmの場合(FM帯で平均-19.6[dB]、AM帯で平均-69.9[dB])よりもさらに高くすることができる。
Claims (19)
- 取付面から50mm以下の高さのアンテナ収容体に、第1周波数帯及び前記第1周波数帯よりも低い第2周波数帯において使用可能なアンテナエレメントを収容して成り、
前記アンテナエレメントは、前記第1周波数帯において使用される第1エレメントと、前記第1エレメントの周囲で前記第2周波数帯において使用される第2エレメントとを備え、前記第1エレメントと前記第2エレメントはそれぞれ所定面積の導体板を有し、
前記第1エレメントの導体板は前記第2エレメントの導体板の外周に沿って配置され、
これらの導体板が同一又は略同一の平面内に配設されている、
アンテナ装置。 - 前記アンテナ収容体は、前記取付面から約15mm以下の高さである、
請求項1に記載のアンテナ装置。 - 前記第1周波数帯がVHF帯であり、
前記第2周波数帯がMF帯である、
請求項1又は2に記載のアンテナ装置。 - 前記第1エレメントの導体板の端部と前記第2エレメントの導体板の端部とが前記平面内で離間して配設されている、
請求項1ないし3のいずれか一項に記載のアンテナ装置。 - 前記第1エレメントの導体板が、接地導体との間で生じた静電容量を当該第1エレメントに装荷するように配置されている、
請求項1ないし4のいずれか一項に記載のアンテナ装置。 - 前記第1エレメントは、それぞれその一端が当該第1エレメントの導体板に接続された複数のリアクタンス素子をさらに含み、これらのリアクタンス素子が当該導体板と共に前記第1周波数帯において直列共振回路として動作する、
請求項5に記載のアンテナ装置。 - 前記複数のリアクタンス素子がコイル状に巻かれたコイルを含み、該コイルの外径により画定される面積の和が前記第1エレメントの前記導体板の外径により画定される面積と略同一である、
請求項6に記載のアンテナ装置。 - 前記複数のリアクタンス素子は、
その一端が当該導体板の第1端部に接続され、他端が給電点に接続された第1リアクタンス素子と、
その一端が前記第1端部と異なる当該導体板の第2端部に接続され、他端が接地導体に接続された第2リアクタンス素子とを含み、
前記第1リアクタンス素子の他端から前記第2リアクタンス素子の他端までの電気長が前記第1周波数帯における共振長である、
請求項6又は7に記載のアンテナ装置。 - アンテナ収容体に、アンテナエレメントを収容して成り、
前記アンテナエレメントは、接地導体との間で静電容量を生じさせ、該静電容量を当該アンテナエレメントに装荷するように配置された導体板と、それぞれその一端が前記導体板に接続された複数のリアクタンス素子とを含み、
前記複数のリアクタンス素子のうち、一つのリアクタンス素子の他端は給電点に接続され、残りのリアクタンス素子の他端は前記接地導体に接続され、これにより前記導体板と前記複数のリアクタンス素子とで直列共振回路として動作し、
前記複数のリアクタンス素子は、ヘリカル状に巻かれたコイルであり、各コイルの外径により画定される面積の和が前記導体板の外径により画定される面積と略同一である、
アンテナ装置。 - アンテナ収容体に、アンテナエレメントを収容して成り、
前記アンテナエレメントは、接地導体との間で静電容量を生じさせ、該静電容量を当該アンテナエレメントに装荷するように配置された導体板と、それぞれその一端が前記導体板に接続された複数のリアクタンス素子とを含み、
前記複数のリアクタンス素子のうち、一つのリアクタンス素子の他端は給電点に接続され、残りのリアクタンス素子の他端は前記接地導体に接続され、これにより前記導体板と前記複数のリアクタンス素子とで直列共振回路として動作し、
前記複数のリアクタンス素子のうち少なくとも1組の隣り合うリアクタンス素子がヘリカル状に巻かれたコイルであり、これらのコイル同士の巻回方向が互いに逆である、
アンテナ装置。 - アンテナ収容体に、アンテナエレメントを収容して成り、
前記アンテナエレメントは、接地導体との間で静電容量を生じさせ、該静電容量を当該アンテナエレメントに装荷するように配置された導体板と、それぞれその一端が前記導体板に接続された複数のリアクタンス素子とを含み、
前記複数のリアクタンス素子のうち、一つのリアクタンス素子の他端は給電点に接続され、残りのリアクタンス素子の他端は前記接地導体に接続され、これにより前記導体板と前記複数のリアクタンス素子とで直列共振回路として動作し、
前記一つのリアクタンス素子のリアクタンスは、前記残りのリアクタンス素子のリアクタンスよりも大きい、
アンテナ装置。 - 少なくとも一つの前記コイルは、その巻回ピッチが他の前記コイルの巻回ピッチと異なる、請求項9又は10に記載のアンテナ装置。
- 給電点に接続された前記コイルは、その巻回ピッチがそれ以外の部位に接続されている前記コイルよりもインダクタンスが大きくなるように設定されている、
請求項9、10又は12に記載のアンテナ装置。 - アンテナ収容体に、アンテナエレメントを収容して成り、
前記アンテナエレメントは、接地導体との間で静電容量を生じさせ、該静電容量を当該アンテナエレメントに装荷するように配置された導体板と、それぞれその一端が前記導体板に接続された複数のリアクタンス素子とを含み、
前記複数のリアクタンス素子のうち、一つのリアクタンス素子の他端は給電点に接続され、残りのリアクタンス素子の他端は前記接地導体に接続され、これにより前記導体板と前記複数のリアクタンス素子とで直列共振回路として動作し、
MF帯の信号を受信するエレメントが前記導体板の外周に沿って配置され、
前記エレメントは板状エレメントであり、その表面が前記導体板と同一又は略同一平面上に配置されている、
アンテナ装置。 - アンテナ収容体に、アンテナエレメントを収容して成り、
前記アンテナエレメントは、接地導体との間で静電容量を生じさせ、該静電容量を当該アンテナエレメントに装荷するように配置された導体板と、それぞれその一端が前記導体板に接続された複数のリアクタンス素子とを含み、
前記複数のリアクタンス素子のうち、一つのリアクタンス素子の他端は給電点に接続され、残りのリアクタンス素子の他端は前記接地導体に接続され、これにより前記導体板と前記複数のリアクタンス素子とで直列共振回路として動作し、
前記複数のリアクタンス素子は、
その一端が前記導体板の第1端部に接続され、他端が給電点に接続された第1リアクタンス素子と、
その一端が前記第1端部と異なる前記導体板の第2端部に接続され、他端が前記接地導体に接続された第2リアクタンス素子とを含み、
前記第1リアクタンス素子の他端から前記第2リアクタンス素子の他端までの電気長がVHF帯における共振長である、
アンテナ装置。 - アンテナ収容体に、アンテナエレメントを収容して成り、
前記アンテナエレメントは、接地導体との間で静電容量を生じさせ、該静電容量を当該アンテナエレメントに装荷するように配置された導体板と、それぞれその一端が前記導体板に接続された複数のリアクタンス素子とを含み、
前記複数のリアクタンス素子のうち、一つのリアクタンス素子の他端は給電点に接続され、残りのリアクタンス素子の他端は前記接地導体に接続され、これにより前記導体板と前記複数のリアクタンス素子とで直列共振回路として動作し、
前記アンテナエレメントは、第1エレメントと第2エレメントとを含んで構成され、
前記導体板は、前記接地導体との間で静電容量を生じさせ、該静電容量を当該第1エレメントに装荷するように配置された第1の導体板と、前記接地導体との間で静電容量を生じさせ、該静電容量を当該第2エレメントに装荷するように配置された第2の導体板とを含んで構成され、
前記第1エレメントは、前記第1の導体板とそれぞれその一端が前記第1の導体板に接続された複数のリアクタンス素子とを含み、
前記第2エレメントは、前記第2の導体板とそれぞれその一端が前記第2の導体板に接続された複数のリアクタンス素子とを含み、
前記第1エレメントに接続された一つのリアクタンス素子と前記第2エレメントに接続された少なくとも一つのリアクタンス素子とが前記接地導体を通じて直列に接続され、これにより前記第1エレメントと前記第2エレメントとで直列共振回路として動作する、
アンテナ装置。 - 前記第1エレメント及び前記第2エレメントの各々が、VHF帯で共振し、
前記第1エレメント及び前記第2エレメントで前記VHF帯において前記直列共振回路として動作する、
請求項16に記載のアンテナ装置。 - アンテナ収容体に、アンテナエレメントを収容して成り、
前記アンテナエレメントは、接地導体との間で静電容量を生じさせ、該静電容量を当該アンテナエレメントに装荷するように配置された導体板と、それぞれその一端が前記導体板に接続された複数のリアクタンス素子とを含み、
前記複数のリアクタンス素子のうち、一つのリアクタンス素子の他端は給電点に接続され、残りのリアクタンス素子の他端は前記接地導体に接続され、これにより前記導体板と前記複数のリアクタンス素子とで直列共振回路として動作し、
前記複数のリアクタンス素子は、その一端が当該導体板に接続され他端が給電点に接続された第1リアクタンス素子と、
それぞれその一端が前記導体板に接続され、他端が接地導体に接続された第2リアクタンス素子及び第3リアクタンス素子とを含み、
前記第2リアクタンス素子と前記第3リアクタンス素子とは隣り合って配設されており、
前記第1リアクタンス素子の他端から前記第2リアクタンス素子の他端及び前記第2リアクタンス素子の他端から前記第3リアクタンス素子の他端までの電気長がVHF帯における共振長である、
アンテナ装置。 - 前記第1リアクタンス素子は、その一端が当該導体板の第1端部に接続されており、
前記第2リアクタンス素子は、その一端が当該第2リアクタンス素子で画定された面の略中央部で前記接地導体に接続され他端が前記略中央部で前記導体板に接続されており、
前記第3リアクタンス素子は、その一端が前記導体板の第1端部と反対側の第2端部に接続されている、
請求項18に記載のアンテナ装置。
Priority Applications (9)
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