JP7293222B2 - 車載アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、低背型の車載アンテナ装置に関する。

低背型の車載用アンテナ装置として、特許文献１に開示されたアンテナ装置が知られている。このアンテナ装置は、アンテナベース上に立設された絶縁性のエレメントホルダーと、エレメントホルダーの上部に固着されている傘型エレメントと、傘型エレメントと共にアンテナ部を構成するコイルとを備えている。傘型エレメントは、第１の傾斜部と頂部及び第２の傾斜部と頂部がそれぞれ連続する板状の導体であり、面積をできるだけ大きくすることで、利得が高くなるようにしている。

特開２０１２－２０４９９６号公報

特許文献１に開示されているアンテナ装置は、傘型エレメントが板状で、かつ、第１の傾斜部と頂部及び第２の傾斜部と頂部がそれぞれ連続している。そのため、共通ケース内に配置される他アンテナのエレメントのアンテナ特性に影響を与えてしまうという問題がある。特に、パッチアンテナのような略円偏波で高周波の信号を受信するアンテナの場合は、傘型エレメントとの干渉による利得低下や水平面内指向性の最大最小利得差が大きくなる。
本発明は、他アンテナエレメントの利得低下や水平面内指向性の最大最小利得差の増加を抑制する車載アンテナ装置を提供することを主たる課題とする。

本発明の第１の態様に係る車載アンテナ装置は、車両に取付可能なアンテナベース部と、前記アンテナベース部上に互いに離れて設置される第１エレメントと第２エレメントとを有し、前記第１エレメントは、第１周波数帯用の第１アンテナであり、前記第２エレメントは、前記第１周波数帯と異なる第２周波数帯用の第２アンテナの一部となって、所定方向のターンを繰り返す一対の線状導体が前記アンテナベース部の幅方向に延びる線状の連結導体で連結された立体状をなし、前記第２エレメントにおいて、前記線状導体の折り返し部分の長さは、前記第１アンテナの非共振長であることを特徴とする。
また、本発明の第２の態様に係る車載アンテナ装置は、車両に取付可能なアンテナベース部と、前記アンテナベース部上に、互いに離れて設置される第１エレメントと第２エレメントとを有し、前記第１エレメントは、第１周波数帯用の第１アンテナであり、前記第２エレメントは、前記第１周波数帯と異なる第２周波数帯用の第２アンテナの一部となって、上縁部及び下縁部を有し、前記上縁部の前後方向の長さ、前記下縁部の前後方向の長さ、及び、前記上縁部と前記下縁部との間の上下方向の長さの少なくとも一つの長さが前記第１アンテナの非共振長であることを特徴とする。

本発明の上記態様によれば、第１アンテナと第２アンテナとの干渉が抑制されるので、第１アンテナ部の利得低下や水平面内指向性の最大最小利得差の増加を抑制することができる。

車載アンテナ装置の上面、正面、側面の外観図。 車載アンテナ装置のアンテナ部の構造例を示す模式図。 容量装荷エレメントの第１実施例となる横方向エレメントの側面、上面、正面、斜視の外観図。 図３の破線部分の部分拡大図。 パッチアンテナから見た方向及び仰角を定義するための説明図。 第１実施例に係る横方向エレメントとそのピッチを変更した変形例１に係る横方向エレメントの側面図。 横方向エレメントのピッチをパラメータとしたＦＭ波帯のピッチ－利得特性を示す図。 横方向エレメントの線幅をパラメータとしたＦＭ波帯の線幅－利得特性を示す図。 横方向エレメントのピッチをパラメータとしたＡＭ波帯のピッチ－利得特性を示す図。 横方向エレメントの線幅をパラメータとしたＡＭ波帯の線幅－利得特性を示す図。 横方向エレメントのピッチをパラメータとしたパッチアンテナの仰角毎のピッチ－利得特性を示す図。 横方向エレメントの線幅をパラメータとしたパッチアンテナの仰角毎の線幅－利得特性を示す図。 実施例に係る横方向エレメントとその前後方向の長さを変更した変形例２に係る横方向エレメントの側面図。 横方向エレメントの前後方向の長さをパラメータとしたパッチアンテナの仰角毎の長さ－利得特性の説明図。 横方向エレメントの前後方向の長さをパラメータとしたパッチアンテナの仰角０度におけるパッチアンテナの最大最小利得差の説明図。 比較例エレメントの側面、正面、上面、斜視の外観図。 横方向エレメントが存在する場合と比較例エレメントが存在する場合のパッチアンテナの周波数－利得特性の比較例を示した図。 横方向エレメントが存在する場合と比較例エレメントが存在する場合の仰角０度のときのＳＤＡＲＳ帯の使用周波数におけるパッチアンテナの最大最小利得差（ｄＢ）の比較例を示した図。 横方向エレメントが存在する場合と比較例エレメントが存在する場合の仰角０度におけるパッチアンテナ１０の指向特性の比較例を示した図。 容量装荷エレメントの第２実施例となる縦方向エレメントの側面、上面、正面、斜視の外観図。 縦方向エレメントとそのピッチを変更した変形例３に係る縦方向エレメントの側面図。 縦方向エレメントのピッチをパラメータとしたパッチアンテナの仰角毎のピッチ－利得特性を示す図。 縦方向エレメントが存在する場合と比較例エレメントが存在する場合のパッチアンテナの周波数－利得特性比較図。 縦方向エレメントが存在する場合と比較例エレメントが存在する場合のパッチアンテナの最大最小利得差の比較例を示す図。 縦方向エレメントが存在する場合と比較例エレメントが存在する場合のパッチアンテナの指向特性の比較例を示す図。 第１実施例の変形例を示す側面視透視図。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態例を説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る車載アンテナ装置の上面、正面、側面の外観図である。
この車載アンテナ装置は、例えば車両ルーフに設置される。これらの図において、車両の前進方向を「前」又は「前方」、その反対方向を「後」又は「後方」といい、両者を区別する必要がない場合は「長手方向」という。また、車両の前進方向右側を「右」又は「右方向」、前進方向左側を「左」又は「左方向」といい、両者を区別する必要がない場合は「幅方向」という。また、車両の重力方向を「下」又は「下方」、その反対方向を「上」又は「上方」という。

本実施形態の車載アンテナ装置は、アンテナ部を収納するための収納空間が形成されている電波透過性を有する合成樹脂製のケース部１００と、車両に取付可能なアンテナベース部３０を備えて構成される。アンテナベース部３０は、略楕円状であり、長手方向の中心軸線が車両の進行方向と平行になるように取り付けられる。つまり、車両の前方はアンテナベース部３０（ケース部１００）の前方、車両の後方はアンテナベース部３０（ケース部１００）の後方、車両の幅方向はアンテナベース部３０（ケース部１００）の幅方向となる。ケース部１００は、前方へ向かうほど細くかつ低くなると共に、側面も内側に（長手方向の中心軸線に向かって）湾曲した曲面とされた流線型に成形され、アンテナベース部３０の外縁に被嵌される。ケース部１００の長手方向の長さは約１８０ｍｍ、幅方向の長さは約７０ｍｍ、上方の長さ（高さ）は約７０ｍｍである。アンテナベース部３０には、車両ルーフへ固定しつつグランドを取るためのキャプチャ部３１が設けられている。

図２は、車載アンテナ装置のアンテナ部の構造例を示す模式図である。アンテナ部は、アンテナベース部３０上に互いに離れて設置される二つのエレメントを含んで構成される。一つのエレメント（第１エレメント）は、ＳＤＡＲＳ（衛星デジタルオーディオサービス：ＸＭやＳｉｒｉｕｓを含めた総称）帯（第１周波数帯）を受信可能なパッチアンテナ１０である。パッチアンテナ１０は、平面アンテナの一種であり、略円偏波特性をもつ。ＳＤＡＲＳ帯は、２３２０ＭＨｚ～２３４５ＭＨｚであり、使用（受信可能な）周波数帯の中心周波数（以下、単に「使用周波数」という場合がある。）である２３３２．５ＭＨｚの１波長は約１２８ｍｍである。共振周波数すなわち使用周波数の波長を「共振長」という。共振長は、使用周波数の波長λの１／４の整数倍が該当する。共振周波数以外の周波数の波長は全て非共振長となる。ＦＭアンテナやパッチアンテナのような共振型アンテナの場合、導体の長さが非共振長では所望の利得を得るレベルの信号の受信ができない。また、同一ケース内に配置される他のアンテナがパッチアンテナ１０の共振長で構成されている場合、パッチアンテナ１０の電気特性に影響を及ぼす。

もう一つのエレメント（第２エレメント）は、容量装荷エレメント２２である。容量装荷エレメント２２は、インダクタとしてのヘリカルエレメント２１が接続されることによりＦＭ波帯で共振し、ＡＭ波帯も受信するＡＭ／ＦＭアンテナ２０の一部となる。パッチアンテナ１０と容量装荷エレメント２２の前端との距離Ｄは、容量装荷エレメント２２の構造によっても異なるが、概ね、パッチアンテナ１０の使用周波数の波長λの約１／６となる約２０ｍｍである。

容量装荷エレメント２２は、アンテナベース部３０と略平行な上端部（上縁部）及び下端部（下縁部）が開口する立体状をなすエレメントである。上端部と下端部は、それぞれ一対ずつ存在する。各上端部及び各下端部は、それぞれ間隙を介して対向する。
より具体的には、容量装荷エレメント２２は、例えばメアンダ状にターンを繰り返す一対の線状導体と、これらの線状導体を連結することにより容量装荷エレメント２２を立体状となす、線状の連結導体と、で構成する。
容量装荷エレメント２２は、ターンの方向によって以下の２種類の態様のエレメントとすることができる。一つの態様の容量装荷エレメント２２は、それぞれ前後方向のターンを繰り返す一対の線状導体が幅方向に延びる連結導体で連結されている。例えば、前後方向かつアンテナベース部３０に近づく方向にターンを繰り返した後、幅方向に向きを変え、その後にアンテナベース部３０から遠ざかるように前後方向にターンを繰り返す。このような態様の容量装荷エレメント２２を便宜上「横方向エレメント」と称する。

もう一つの態様の容量装荷エレメント２２は、それぞれ上下方向（上端部及び下端部の方向）にターンを繰り返す一対の線状導体が、幅方向に延びる線状の連結導体で連結されている。例えば、前方向又は後方向に延びるように上下方向にターンを繰り返した後、幅方向に向きを変え、その後に向きを変える前と反対方向に延びるように、上下方向のターンを繰り返す。このような態様の容量装荷エレメント２２を便宜上「縦方向エレメント」と称する。以下、容量装荷エレメント２２を横方向エレメント及び縦方向エレメントとした場合の実施例を説明する。

［第１実施例］
まず、容量装荷エレメント２２の第１実施例について説明する。第１実施例は、横方向エレメントの例である。図３は、横方向エレメントの側面、上面、正面、斜視の外観図である。図４は、図３の破線部分の部分拡大図である。
横方向エレメント２２１は、一対の線状導体を例えばメアンダ状にターンしたエレメント（「メアンダエレメント」と称する。以下同じ）２２１１，２２１２が、上記の連結導体である連結部２２１３で連結されることで立体状に成形される。
ここで、容量装荷エレメント２２において、ターンする部分（折り返し部分）の長さは、パッチアンテナ１０の非共振長である。具体的には、容量装荷エレメント２２がターンする部分において、上下方向に延びる導体の一辺の長さｈ１は８ｍｍである。前後方向の長さ（上端部及び下端部の長手方向の長さ）Ｌ１は５０ｍｍ、幅方向に延びる連結部２２１３の長さは１５ｍｍで、いずれもパッチアンテナ１０の非共振長である。そのため、横方向エレメント２２１がパッチアンテナ１０に与える影響は無いか、あっても小さいものとなる。このとき、各メアンダエレメント２２１１，２２１２の上下方向の長さ（上端部と下端部との間の長さ）Ｈ１は３０ｍｍである。Ｈ１は、例えば、上端部の前後方向における特定の一点と、その特定の一点から上下方向にエレメントの形状に沿う仮想線及び下端部の前後方向の仮想線の交点との長さを示す。なお、各メアンダエレメント２２１１，２２１２の上下方向に延びる導体の一辺の長さｈ１、前後方向の長さＬ１、及び連結部２２１３の長さは一例であり、ｈ１（容量装荷エレメント２２がターンする部分において、上下方向に延びる導体の一辺の長さ）がパッチアンテナ１０の非共振長であれば上下方向の長さＨ１、前後方向の長さＬ１及び連結部２２１３の長さは、適宜変更可能である。例えば、折返し数を必要に応じて変えても良いし、それに応じて上下方向の長さＨ１が変化しても良い。なお、ターンする部分の外側の長さをｈ１としこのｈ１が非共振長であるものとして説明したが、ターンする部分の内側の長さも非共振長とすることがより望ましい。

図４に示すように、線状導体の幅（線導体の場合は外径）である線幅Ｗ１１と、隣り合う線状導体の中心軸間の距離であるピッチＰ１１がパッチアンテナ１０とＡＭ／ＦＭアンテナ２０に与える影響については後述するが、図３の例では、線幅Ｗ１１が約２ｍｍ、ピッチＰ１１は約６ｍｍである。

連結部２２１３は、ヘリカルエレメント２１及び各メアンダエレメント２２１１，２２１２と同じ線材である。例えば、ヘリカルエレメント２１、各メアンダエレメント２２１１，２２１２及び連結部２２１３は、断面形状及び外径は同じであり、一体に構成されている。より具体的には、ヘリカルエレメント２１、各メアンダエレメント２２１１，２２１２及び連結部２２１３は、１本の銅線等の線材から一体的に構成される。

ヘリカルエレメント２１、各メアンダエレメント２２１１，２２１２及び連結部２２１３は、それぞれ独立に構成されたものを半田付け等によって連結しても良い。かかる場合、ヘリカルエレメント２１、各メアンダエレメント２２１１，２２１２及び連結部２２１３は、同じ材質の線材から各々構成されても良いし、断面形状及び外径が同じであり材質が異なる線材から各々構成されても良い。例えば、インダクタとしてのヘリカルエレメント２１は、メアンダエレメント２２１１、２２１２と同じ部材又は同じ断面形状の線状導体で構成されてもよい。また、板金などの金属部品を加工して構成された各メアンダエレメント２２１１，２２１２及び連結部２２１３に、断面形状及び外径が同じであるヘリカルエレメント２１を半田付け等によって連結しても良い。

ターンを繰り返す一対のメアンダエレメント２２１１，２２１２は、アンテナベース部３０と直交する面（仮想面）を中心として対称の形状をなす。例えば、正面から見てハ字状（逆Ｖ字状のうち線が互いに離間している形状）に成形されている。この場合、仮想面から一対の上端部までの距離が等しく、かつ、仮想面から一対の下端部までの距離が等しい。また、一対の上端部間の間隙よりも一対の下端部間の間隙の方が大きいものとなっている。これにより、ヘリカルエレメント２１に所定の容量を装荷することができる。

ヘリカルエレメント２１と容量装荷エレメント２２との間に金属プレートを配置し、たとえば半田付けなどで金属プレートを介して、ヘリカルエレメント２１と容量装荷エレメント２２を接続しても良い。

図５は、パッチアンテナ１０から見た仰角を定義するための説明図である。車載アンテナ装置から見て上下方向のうち上方向を特に「天頂方向」と呼ぶ。天頂方向は、仰角が９０度である。前後方向及び幅方向の仰角は０度となる。仰角が０度は、地上波の受信用となる。

横方向エレメント２２１は、様々なパターンで形成することができる。例えば図６は、横方向エレメント２２１とそのピッチＰ１１を変更した変形例１に係る横方向エレメント２２１’の側面図である。横方向エレメント２２１’のメアンダエレメント２２１１’は、上下方向の長さ（高さ）Ｈ１、前後方向の長さＬ１、線幅Ｗ１１は図３に示した実施例のメアンダエレメント２２１１と同じであるが、ピッチＰ１２が上記のピッチＰ１１（約６ｍｍ）の半分の約３ｍｍとなっている。
図７Ａは、横方向エレメント２２１のピッチ（Ｐ１１：Pitch：ｍｍ）をパラメータとしたときのＦＭ波帯のピッチ－利得特性を示す図であり、図７Ｂは、横方向エレメント２２１の線幅（Ｗ１１：ｍｍ）をパラメータとしたときのＦＭ波帯の線幅－利得特性を示す図である。これらの図から判るように、横方向エレメント２２１のＦＭ波帯における利得（平均利得Gain：ｄＢ）は、メアンダエレメント２２１１のピッチが大きくなるにつれて、また、メアンダエレメント２２１１の線幅が大きくなるにつれて向上する。

図８Ａは、横方向エレメント２２１のピッチ（Ｐ１１：Pitch：ｍｍ）をパラメータとしたＡＭ波帯の周波数－利得特性を示す図であり、図８Ｂは、横方向エレメント２２１の線幅（Ｗ１１：ｍｍ）をパラメータとしたＡＭ波帯の周波数－利得特性を示す図である。これらの図から判るように、横方向エレメント２２１のＡＭ波帯における利得（平均利得Gain：ｄＢ）は、メアンダエレメント２２１１のピッチが小さくなるにつれて大きくなる。また、メアンダエレメント２２１１の線幅が大きくなるにつれて利得が向上する。

図９Ａは、横方向エレメント２２１のピッチ（Ｐ１１：Pitch：ｍｍ）をパラメータとしたパッチアンテナ１０の仰角毎のピッチ－利得特性を示す図であり、図９Ｂは、横方向エレメント２２１の線幅（Ｗ１１：ｍｍ）をパラメータとしたパッチアンテナ１０の仰角毎の線幅－利得特性を示す図である。天頂方向（仰角９０度）の利得（水平面内平均利得Gain：ｄＢｉｃ）は、メアンダエレメント２２１１のピッチＰ１１が３ｍｍの場合４．４、７．５ｍｍで４．５、１０ｍｍで４．６である。仰角６０度の利得（Gain：ｄＢｉｃ）は、メアンダエレメント２２１１のピッチＰ１１が３ｍｍ～１０ｍｍのいずれの場合も３．９である。仰角３０度の利得（Gain：ｄＢｉｃ）は、メアンダエレメント２２１１のピッチＰ１１が３ｍｍ～１０ｍｍのいずれの場合も２．３である。仰角０度すなわち水平方向の利得（Gain：ｄＢｉｃ）は、メアンダエレメント２２１１のピッチＰ１１が３ｍｍ～１０ｍｍのいずれの場合も－５．９である。

つまり、横方向エレメント２２１の場合、ＳＤＡＲＳ帯では、メアンダエレメント２２１１のピッチＰ１１及び線幅Ｗ１１が利得に与える影響は小さいので、ＡＭ波帯及びＦＭ波帯の利得を最適化するピッチＰ１１及び線幅Ｗ１１であれば良いことになる。

図１０は、横方向エレメント２２１とその前後方向の長さを変更した変形例２に係る横方向エレメント２２１’’の側面図である。横方向エレメント２２１’’のメアンダエレメント２２１１’’は、ピッチ（Ｐ１１）、線幅（Ｗ１１）は実施例に係るメアンダエレメント２２１１と同じであるが、前後方向の長さＬ２が前後方向の長さＬ１よりも長い点で異なる。

図１１Ａは、横方向エレメント２２１の前後方向の長さをパラメータとしたパッチアンテナ１０の仰角毎の長さ－利得特性の説明図であり、図１１Ｂは、仰角０度におけるパッチアンテナ１０の最大最小利得差の説明図である。仰角０度は、アンテナベース部３０と平行の平面における前後方向及び幅方向である。仰角９０度の利得（水平面内平均利得Gain：ｄＢｉｃ）は、前後方向の長さが２０ｍｍで５．７、３０ｍｍで５．６、４０ｍｍで３．２、５０ｍｍで４．０、６０ｍｍで４．５、７０ｍｍで４．９、８０ｍｍで４．８、９０ｍｍで４．９、１００ｍｍで５．２である。つまり、６０ｍｍから９０ｍｍの間でほぼ一定となる。

また、仰角０度の最大最小利得差は、横方向エレメント２２１の前後方向の長さが９０ｍｍ以上で急激に大きくなる。この長さは、ＳＤＡＲＳ波帯の使用周波数の１波長の約３／４に相当する。そのため、前後方向の長さは、パッチアンテナ１０の共振長以外で、かつ、９０ｍｍを超えないように設定することが望ましい。なお、前後方向の長さが例えば約４０ｍｍであっても、実使用上の要求性能は満たすことから、前後方向の長さについては、ＡＭ波帯及びＦＭ波帯の利得の最適化を考慮すれば足りる。

＜比較例エレメントとの比較＞
本願発明者らは、第１実施例に係る構成の横方向エレメント２２１と、特許文献１に開示されているエレメントとの構成及び作用効果の相違を明確にするため、比較例エレメントを作成してそのアンテナ特性をシミュレーションした。比較例エレメントは、図２に示したアンテナ部の配置を維持した状態で、容量装荷エレメント２２を図１２の側面、上面、正面、斜視の外観図に示した形状・サイズの傘型に成形したものである。便宜上、比較例アンテナ全体を「傘型エレメント」と称する。

傘型エレメント２２５は、図１２の正面及び斜視の構造に示される通り、一対の傾斜部２２５１，２２５２が頂部２２５３から連続に延びる立体状であり、下端部のみが開口している。傾斜部２２５１，２２５２は同じ形状及びサイズであり、その前後方向の長さＬ１、上下方向の長さＨ１、アンテナベース部と直交する面（仮想面）を中心として対称の形状である点、仮想面に対する勾配などは、第１実施例に係る横方向エレメント２２１と同じである。材質、厚みなども横方向エレメント２２１と同じである。

第１実施例に係る容量装荷エレメント２２に横方向エレメント２２１が存在する場合と傘型エレメント２２５が存在する場合のパッチアンテナ１０の周波数－利得特性の比較例を図１３に示す。図１３の横軸はＳＤＡＲＳ帯の周波数（２３２０ＭＨｚ～２３４５ＭＨｚ）、縦軸は仰角９０度の水平面内平均利得（ｄＢｉｃ）である。実線は横方向エレメント２２１が存在する場合の特性、破線は傘型エレメント２２５が存在する場合の特性を示す。

傘型エレメント２２５が存在する場合、パッチアンテナ１０の利得（ｄＢｉｃ）は、低域の２３２０ＭＨｚで３．５１、使用周波数の２３３２．５ＭＨｚで、３．９８、高域の２３４５ＭＨｚで４．０４である。これに対して横方向エレメント２２１が存在する場合、パッチアンテナ１０の利得（ｄＢｉｃ）は、低域の２３２０ＭＨｚで４．０３、使用周波数の２３３２．５ＭＨｚで、４．４９、高域の２３４５ＭＨｚで４．７０である。このように、パッチアンテナ１０の近くに存在する容量装荷エレメント２２が横方向エレメント２２１の場合は、傘型エレメント２２５の場合よりも、全周波数帯にわたって仰角９０度における利得が向上することが判る。

図１４Ａは、仰角０度のときのＳＤＡＲＳ帯の使用周波数（２３３２．５ＭＨｚ）におけるパッチアンテナ１０の最大最小利得差（ｄＢ）の比較例を示した図であり、図１４Ｂは、仰角０度におけるパッチアンテナ１０の指向特性の比較例を示した図である。指向特性の目盛り（０～－２０）は円偏波利得（ｄＢｉｃ）であり、図上部が前方向、図下部が後方向である。パッチアンテナ１０の最大最小利得差（ｄＢ）は、容量装荷エレメント２２が傘型エレメント２２５の場合は１０．１であるのに対し、横方向エレメント２２１の場合は２．５まで小さくなっている。また、指向特性は、傘型エレメント２２５の場合、幅方向（左右方向）の利得が急激に低下するのに対し、横方向エレメント２２１の場合は、ほぼ全方向にわたって均等に利得が得られることが判る。
つまり、容量装荷エレメント２２として横方向エレメント２２１を用いた場合、地上波の最大最小利得差を低減させる効果が格段に優れることが判る。

上記最大最小利得差に関する効果について詳しく説明する。容量装荷エレメント２２において上下方向に延びる導体の一辺の長さｈ１がＳＤＡＲＳ帯の共振長である場合、容量装荷エレメント２２には上下方向の電流が発生する。このとき、指向特性は、容量装荷エレメント２２の前後方向（水平方向）で最大となる。これにより、パッチアンテナ１０の地上波（水平方向）指向特性と干渉し、最大最小利得差が増大する。
傘型エレメント２２５は、長さｈ１が３０ｍｍである。したがってＳＤＡＲＳ帯の共振長となるため、傘型エレメント２２５の前後方向（水平方向）に不要電波が放射され、パッチアンテナ１０の地上波指向特性と干渉が生じるために最大最小利得差が増大する。
第１実施例では、上下方向に延びる導体の一辺の長さｈ１がＳＤＡＲＳ帯の共振長にならないよう折り返してメアンダ構造にしている。このとき上記長さｈ１は約８ｍｍである。すなわち、容量装荷エレメント２２の線状導体は、それぞれアンテナベース部の前後方向のターンを繰り返し、線状導体において、ターンする部分の上下方向の長さは、パッチアンテナ１０の非共振長である。このように、第１実施例では上記長さｈ１がＳＤＡＲＳ帯の非共振長であるため、上下方向の電流が発生せず、パッチアンテナ１０の地上波指向特性へ影響を与えることがない。

［第２実施例］
次に、容量装荷エレメント２２の第２実施例について説明する。第２実施例は、縦方向エレメントの例である。図１５は、縦方向エレメントの側面、上面、正面、斜視の外観図である。縦方向エレメント２２２は、一対のメアンダエレメント２２２１，２２２２が、連結導体である連結部２２２３で連結されることで立体状に成形されている。縦方向エレメント２２２は、線状導体のターンの方向が第１実施例の横方向エレメント２２１と違うだけで、前後方向の長さＬ１、上下方向の長さ（Ｈ１）、線幅、ピッチなどは、横方向エレメント２２１と同じである。

すなわち、縦方向エレメント２２２も、各メアンダエレメント２２２１，２２２２の上下方向の長さＨ１は３０ｍｍである。ここで、容量装荷エレメント２２において、ターンする部分の長さは、パッチアンテナ１０の非共振長である。具体的には、容量装荷エレメント２２がターンする部分において前後方向に延びる導体の一辺の長さｌ１は８ｍｍである。連結部２２２３の長さは１５ｍｍで、いずれもパッチアンテナ１０の非共振長である。そのため、縦方向エレメント２２２がパッチアンテナ１０に与える影響は無いか、あっても小さいものとなる。このとき、各メアンダエレメント２２２１，２２２２の前後方向の長さＬ１は５０ｍｍである。
なお、各メアンダエレメント２２２１，２２２２の前後方向に延びる一辺の長さｌ１、及び連結部２２２３の長さは一例であり、ｌ１（容量装荷エレメント２２がターンする部分において、前後方向に延びる導体の一辺の長さ）がパッチアンテナ１０の非共振長であれば上下方向の長さＨ１、前後方向の長さＬ１及び連結部２２２３の長さは、適宜変更可能である。例えば、折返し数を必要に応じて変えても良いし、それに応じて前後方向の長さＬ１が変化しても良い。なお、ターンする部分の外側の長さをｌ１としこのｌ１が非共振長であるものとして説明したが、ターンする部分の内側の長さも非共振長とすることがより望ましい。

縦方向エレメント２２２もまた、様々なパターンで形成することができる。例えば、図１６は、縦方向エレメント２２２とその６ｍｍのピッチＰ２１を３ｍｍのピッチＰ２２に変更した変形例３に係る縦方向エレメント２２２’の側面図である。また、図１７は、縦方向エレメント２２２のピッチＰ２１をパラメータとしたパッチアンテナ１０の仰角毎の利得特性を示す図である。
天頂方向（仰角９０度）の利得（水平面内平均利得Gain：ｄＢｉｃ）は、縦方向エレメント２２２のピッチＰ２１が３ｍｍの場合５．５、５ｍｍで５．５、６ｍｍで５．６、７．５ｍｍで５．５、１０ｍｍで５．８である。仰角６０度の利得（水平面内平均利得Gain：ｄＢｉｃ）は、ピッチＰ２１が３ｍｍで４．５、５ｍｍで４．５、６ｍｍで４．５、７．５ｍｍで４．５、１０ｍｍで４．６である。仰角３０度の利得（水平面内平均利得Gain：ｄＢｉｃ）は、ピッチＰ２１が３ｍｍで２．０、５ｍｍで１．９、６ｍｍで１．９、７．５ｍｍで１．９、１０ｍｍで１．８である。仰角０度の利得（水平面内平均利得Gain：ｄＢｉｃ）は、ピッチＰ２１が３ｍｍで－５．５、５ｍｍで－５．５、６ｍｍで－５．５、７．５ｍｍで－５．５、１０ｍｍで－５．６である。
つまり、縦方向エレメント２２２の場合も、ＳＤＡＲＳ帯では、ピッチＰ２１が利得に与える影響は小さいので、ＡＭ波帯及びＦＭ波帯の利得を最適化するピッチＰ２１であれば良いことになる。

＜比較例エレメントとの比較＞
縦方向エレメント２２２のアンテナ特性を上記の比較例エレメント（図１２に示した傘型エレメント２２５）と比較する。縦方向エレメント２２２が存在する場合と傘型エレメント２２５が存在する場合のパッチアンテナ１０の周波数－利得特性比較図を図１８に示す。図１８の横軸はＳＤＡＲＳ帯の周波数（２３２０ＭＨｚ～２３４５ＭＨｚ）、縦軸は仰角９０度の水平面内平均利得（ｄＢｉｃ）である。実線は縦方向エレメント２２２の場合の特性、破線は傘型エレメント２２５の場合の特性を示す。

傘型エレメント２２５が存在する場合、パッチアンテナ１０の利得（ｄＢｉｃ）は、低域の２３２０ＭＨｚで３．５１、使用周波数の２３３２．５ＭＨｚで、３．９８、高域の２３４５ＭＨｚで４．０４であることは、第１実施例で説明した通りである。
これに対して縦方向エレメント２２２が存在する場合のパッチアンテナ１０の利得（ｄＢｉｃ）は、低域の２３２０ＭＨｚで５．２３、使用周波数の２３３２．５ＭＨｚで、５．５６、高域の２３４５ＭＨｚで５．５１である。このように、縦方向エレメント２２２の場合、全周波数帯にわたって仰角９０度における利得が向上することが判る。

図１９Ａは、仰角０度のときのＳＤＡＲＳ帯の使用周波数（２３３２．５ＭＨｚ）におけるパッチアンテナ１０の最大最小利得差（ｄＢ）の比較例を示す図であり、図１９Ｂは、仰角０度におけるパッチアンテナ１０の指向特性の比較例を示す図である。指向特性の目盛り（０～－２０）は円偏波利得（ｄＢｉｃ）であり、図上部が前方向、図下部が後方向である。パッチアンテナ１０の最大最小利得差（ｄＢ）は、傘型エレメント２２５の場合は１０．１で、縦方向エレメント２２２は９．８でほぼ同等である。

容量装荷エレメント２２において前後方向に延びる導体の一辺の長さｌ１がＳＤＡＲＳ帯の共振長である場合、容量装荷エレメント２２には前後方向の電流が発生する。このとき、指向特性は、容量装荷エレメント２２の上下方向（垂直方向）で最大となる。これにより、パッチアンテナ１０の垂直方向の指向特性と干渉する。
第２実施例では、前後方向に延びる導体の一辺の長さｌ１がＳＤＡＲＳ帯の共振長にならないよう折り返してメアンダ構造にしている。このときの上記長さｌ１は約８ｍｍである。すなわち、容量装荷エレメント２２の線状導体は、それぞれアンテナベース部の上下方向のターンを繰り返し、線状導体において、ターンする部分の前後方向の長さは、パッチアンテナ１０の非共振長である。このように、長さｌ１がＳＤＡＲＳ帯の非共振長であるため、前後方向の電流が発生せず、パッチアンテナ１０の垂直方向の指向特性へ影響を与えることがない。

［ＦＭ波帯及びＡＭ波帯の特性について］
第１実施例に係る横方向エレメント２２１を有するアンテナ部（前者）と、第２実施例に係る縦方向エレメント２２２を有するアンテナ部（後者）は、ＦＭ波帯及びＡＭ波帯において、ほぼ同等の利得が得られることが判明している。すなわち、ＦＭ波帯における利得（平均利得Gain：ｄＢ）は、前者が－０．３５、後者が－０．４４である。また、ＡＭ波帯の５００ｋＨｚでの利得（平均利得Gain：ｄＢ）は、前者が－０．９５、後者が－０．８１である。

［実施形態による効果］
以上の説明の通り、本実施形態では、容量装荷エレメント２２としてメアンダエレメント（横方向エレメント２２１又は縦方向エレメント２２２）を用いたので、パッチアンテナ１０との結合の度合いも小さくなり、干渉がさらに抑制される。
また、横方向エレメント２２１では仰角０度すなわち地上波の最大最小利得差を低減させる効果が顕著であり、縦方向エレメント２２２では、天頂方向の利得を向上させる効果が顕著となる。そのため、用途に応じて横方向エレメント２２１と縦方向エレメント２２２とを使い分けることができる。

横方向エレメント２２１の場合、ｈ１（容量装荷エレメント２２がターンする部分において、上下方向に延びる導体の一辺の長さ）がパッチアンテナ１０の非共振長であれば、上下方向の長さＨ１、前後方向の長さＬ１及び連結部２２１３の長さは、パッチアンテナ１０の共振長であっても良い。そして、横方向エレメント２２１のｈ１がパッチアンテナ１０の非共振長である場合、上下方向の長さＨ１及び連結部２２１３の長さは、パッチアンテナ１０の共振長であっても良いが、前後方向の長さＬ１もパッチアンテナ１０の非共振長とすることでパッチアンテナ１０の垂直方向の指向特性を改善することができる。
また、縦方向エレメント２２２の場合、ｌ１（容量装荷エレメント２２がターンする部分において、前後方向に延びる導体の一辺の長さ）がパッチアンテナ１０の非共振長であれば、上下方向の長さＨ１、前後方向の長さＬ１及び連結部２２１３の長さは、共振長であっても良い。そして、縦方向エレメント２２２のｌ１がパッチアンテナ１０の非共振長である場合、前後方向の長さＬ１及び連結部２２２３の長さは、パッチアンテナ１０の共振長であっても良いが、上下方向の長さＨ１もパッチアンテナ１０の非共振長とすることでパッチアンテナ１０の地上波指向特性を改善することができる。
なお、横方向エレメント２２１のｈ１がパッチアンテナ１０の非共振長である場合、上下方向の長さＨ１、前後方向の長さＬ１及び連結部２２１３の長さを非共振長としてもよい。また、縦方向エレメント２２２のｌ１がパッチアンテナ１０の非共振長である場合、上下方向の長さＨ１、前後方向の長さＬ１及び連結部２２１３の長さを非共振長としてもよい。
すなわち、容量装荷エレメント２２は、一対の上端部又は一対の下端部の各々の長さ、及び、上端部及び下端部との間の各々の長さの少なくとも一方がパッチアンテナ１０の非共振長であるようにしてもよい。このように、容量装荷エレメント２２が、それぞれ間隙を介して対向する一対の上端部及び一対の下端部を有する立体状をなし、一対の上端部又は一対の下端部の各々の長さ、及び、上端部及び下端部との間の各々の長さの少なくとも一方がパッチアンテナ１０の非共振長なので、パッチアンテナ１０の近くに容量装荷エレメント２２が存在しても、相互の干渉が抑制される。

［他の変形例］
上述した実施形態では、容量装荷エレメント２２（メアンダエレメント２２１１、２２１２及び連結部２２１３、あるいは、メアンダエレメント２２２１、２２２２及び連結部２２２３）と、ヘリカルエレメント２１とが断面形状及び外形が同じであるものとして説明したが、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、容量装荷エレメント２２と、ヘリカルエレメント２１とが、断面形状及び外形の少なくとも一方を異なるようにしても良い。

図２０は、第１実施例の変形例を示す側面視透視図である。図２０には、横方向エレメント２２１の例が示されている。横方向エレメント２２１において、メアンダエレメント２２１１、２２１２及び連結部２２１３は、同じ材質の金属部品を加工して構成された線状導体であり、樹脂ホルダ２２ａへ固定されている。ヘリカルエレメント２１は、１本の導体線を樹脂ホルダ２１ａに巻き付けて構成されている。
ここで、メアンダエレメント２２１１、２２１２及び連結部２２１３とヘリカルエレメント２１とは、異なる断面形状及び外形を有する。そして、連結部２２１３にはヘリカルエレメントの一端を括り付けることができる構造が設けられている。例えば図２０中の部位Ｃにおいて、半田付けなどにより容量装荷エレメント２２とヘリカルエレメント２１とが電気的に接続される。このような変形例においても、横方向エレメント２２１の一対の上端部又は一対の下端部の各々の長さがパッチアンテナ１０の非共振長である。また、横方向エレメント２２１のターンする部分の上下方向の長さは、パッチアンテナ１０の非共振長である。

縦方向エレメント２２２においても同様の構造となる。縦方向エレメント２２２において、メアンダエレメント２２２１、２２２２及び連結部２２２３は同じ材質の金属部品を加工して構成された線状導体であり、樹脂ホルダ２２ａへ固定される。
また、ヘリカルエレメント２１は、１本の導体線を樹脂ホルダ２１ａに巻き付けて構成される。そして、メアンダエレメント２２２１、２２２２及び連結部２２２３と、ヘリカルエレメント２１とが異なる断面形状及び外形を有する。縦方向エレメント２２２の一対の上端部又は一対の下端部の各々の長さがパッチアンテナ１０の非共振長である。また、縦方向エレメント２２２のターンする部分の前後方向の長さは、パッチアンテナ１０の非共振長である。

また、本実施形態では、容量装荷エレメント２２の上端部及び下端部の長さが、パッチアンテナ１０の使用周波数の波長λの３／４以下とする場合について説明したが、容量装荷エレメント２２に縦方向エレメント２２２を用いる場合、使用周波数の波長λの１／４未満とすることができる。

本実施形態では、また、容量装荷エレメント２２としてメアンダエレメントを用いた場合の例について説明したが、それぞれ間隙を介して対向する一対の上端部及び一対の下端部を有する立体状をなす形状、すなわち、立体状のエレメントの上端部及び下端部が開口している形状であれば、面状、網状、フラクタル状、ジグザグ状であっても良い。かかる場合、容量装荷エレメント２２は、上端部の前後方向の長さ、下端部の前後方向の長さ、及び、上端部と下端部との間の長さの少なくとも一方が第１アンテナの非共振長である。
また、メアンダエレメントを、面部を有する樹脂製のホルダの面部に形成しても良い。このようにすれば、誘電率の分だけ、水平方向の長さ及び上下方向の長さを短くすることができる。また、そのような樹脂製のホルダを用いる場合、その表面に横方向エレメント、縦方向エレメント、網状エレメント、フラクタルエレメント、ジグザグエレメントなどのパターンを導電性の塗料で形成することにより、容量装荷エレメント２２を構成することもできる。なお、ホルダの形状は、直方体や立方体、その他の形状であっても良い。

本実施形態では、また、第１アンテナの例としてＳＤＡＲＳ帯を受信するパッチアンテナ１０の例を説明したが、第１アンテナは、ＡＭ波帯及びＦＭ波帯以外の他の周波数帯、例えば、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System：全地球航法衛星システム）帯の信号を受信する他の形態のアンテナを用いても良い。

本実施形態では、メアンダエレメントを用いた容量装荷エレメント２２として、横方向エレメント又は縦方向エレメントである場合について説明したが、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、容量装荷エレメント２２において線状導体は、前後方向にターンを繰り返す領域と、上下方向にターンを繰り返す領域とを有するようにしてもよい。

容量装荷エレメント２２は、立体状のエレメントの上端部及び下端部が開口している形状であるものとして説明したが、立体状のエレメントの上端部が開口していない形状のエレメントにも適用可能である。すなわち、容量装荷エレメント２２は、頂部を有する傘型のエレメントであってもよい。かかる場合、傘型の容量装荷エレメント２２は、上縁部の前後方向の長さ、下縁部の前後方向の長さ、及び、上縁部と下縁部との間の長さの少なくとも一方が第１アンテナの非共振長である。

Claims (14)

1. 車両に取付可能なアンテナベース部と、
   前記アンテナベース部上に互いに離れて設置される第１エレメントと第２エレメントとを備え、
   前記第１エレメントは、第１周波数帯用の第１アンテナであり、
   前記第２エレメントは、前記第１周波数帯と異なる第２周波数帯用の第２アンテナの一部となって、所定方向のターンを繰り返す一対の線状導体と前記アンテナベース部の幅方向に延びる線状の連結導体とが一体に構成される立体状をなし、
   前記第２エレメントにおいて、前記線状導体の折り返し部分の長さは、前記第１アンテナの非共振長である、車載アンテナ装置。
2. 前記第２エレメントは、それぞれ前記アンテナベース部の前後方向のターンを繰り返し、
   前記第２エレメントにおいて、前記線状導体の折り返し部分の上下方向の長さは、前記第１アンテナの非共振長である、請求項１に記載の車載アンテナ装置。
3. 前記第２エレメントは、それぞれ前記アンテナベース部の上下方向のターンを繰り返し、
   前記第２エレメントにおいて、前記線状導体の折り返し部分の前後方向の長さは、前記第１アンテナの非共振長である、請求項１に記載の車載アンテナ装置。
4. 車両に取付可能なアンテナベース部と、
   前記アンテナベース部上に互いに離れて設置される第１エレメントと第２エレメントとを備え、
   前記第１エレメントは、第１周波数帯用の第１アンテナであり、
   前記第２エレメントは、前記第１周波数帯と異なる第２周波数帯用の第２アンテナの一部となって、所定方向のターンを繰り返す一対の線状導体と前記アンテナベース部の幅方向に延びる線状の連結導体とが一体に構成されており、上縁部及び下縁部を有し、前記上縁部の前後方向の長さ、前記下縁部の前後方向の長さ、及び、前記上縁部と前記下縁部との間上下方向の長さの少なくとも一つの長さが前記第１アンテナの非共振長である、車載アンテナ装置。
5. 前記第２エレメントは、それぞれ間隙を介して対向する一対の前記上縁部及び一対の前記下縁部を有し、それぞれ前記アンテナベース部の前後方向のターンを繰り返す一対の線状導体が前記アンテナベース部の幅方向に延びる線状の連結導体で連結されている、請求項４に記載の車載アンテナ装置。
6. 前記第２エレメントにおいて、前記線状導体の折り返し部分の上下方向の長さは、前記第１アンテナの非共振長である、請求項５に記載の車載アンテナ装置。
7. 前記第２エレメントは、それぞれ間隙を介して対向する一対の前記上縁部及び一対の前記下縁部を有し、それぞれ前記アンテナベース部の上下方向のターンを繰り返す一対の線状導体が前記アンテナベース部の幅方向に延びる線状の連結導体で連結されている、請求項４に記載の車載アンテナ装置。
8. 前記第２エレメントにおいて、前記線状導体の折り返し部分の前後方向の長さは、前記第１アンテナの非共振長である、請求項７に記載の車載アンテナ装置。
9. 前記ターンを繰り返す一対の線状導体が、前記アンテナベース部と直交する面を中心として対称の形状をなす、請求項１から３及び５から８のいずれか一項に記載の車載アンテナ装置。
10. 前記上縁部及び前記下縁部の各々の長さが、前記第１アンテナの非共振長で、前記第１アンテナで使用する周波数の波長の３／４以下である、請求項４から８のいずれか一項に記載の車載アンテナ装置。
11. 前記第２エレメントが面部を有する樹脂製のホルダの前記面部に形成されている、請求項１から１０のいずれか一項に記載の車載アンテナ装置。
12. 前記第２アンテナは、前記第２エレメントにインダクタが接続されることでＦＭ波帯で共振し、ＡＭ波帯を受信可能である、請求項１から１１のいずれか一項に記載の車載アンテナ装置。
13. 前記インダクタが前記第２エレメントと同じ部材又は同じ断面形状の線状導体で構成される、請求項１２に記載の車載アンテナ装置。
14. 前記第１アンテナがパッチアンテナである、請求項１から１３のいずれか一項に記載の車載アンテナ装置。

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