JPS61171202A - 自動車用アンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、自動車のウィンドウパネルに設置する自動車
用アンテナに係り、特にアンテナの感度を改善するため
のアンテナ形状の改良に関するものである。

［従来の技術］ 自動車のウィンドウパネルに設置する自動車用アンテナ
としては、従来、第１２図および第１４図に示すような
ものがあった。

第１２図は、ＡＭ用の自動車用アンテナを示すものであ
・る。すなわち、ウィンドウパネル１上には、金・銀を
主体とした酸化化合物からなるアンテナエレメント２が
プリントされる。このアンテナエレメント２は、導電体
である地表面を利用してＡＭ電波を受信するように、上
下に延びる長方形をなしており、その板厚（ないし膜厚
）は、どの個所においても一定である。

３はアンテナエレメント２の下端部に設けられた給電点
であって、受信波電流をとりだす個所である。一方、Ｆ
Ｍ用アンテナは、第１４図に示すようになブており、ウ
ィンドウパネル１にＡＭ用アンテナと同様の化合物から
なるアンテナエレメント２をプリントしたもので、アン
テナエレメント２は左右に延びる長方形をなし、その中
央上端部に給電点３が設けられる。このアンテナエレメ
ント２も、その膜厚はどの個所においても一定である。

（実開昭５８−６１５１０号） ［発明が解決しようとする問題点］ ところで、上記従来の自動車用アンテナにおいては、ア
ンテナの放射効率（入力した電力とその入力電力から取
り出して利用できる電力の比率）を低下させるという問
題がある。

この原因は、アンテナエレメント２の抵抗率ρが２０Ω
・ｍ程度と比較的大きいためアンテナエレメント２の抵
抗、すなわち、導体抵抗による受信波電流の損失が無視
できないからである。

ここで、放射効率ηは、 η＝放射に係る電力／アンテナ供給全電力　　（１）を
いい、放射抵抗をＲｒ１導体抵抗をＲ１その他の原因に
よる抵抗をＲ１、アンテナ上の電流と表せる。尚、その
他の原因による抵抗Ｒとは、接地が完全でない場合に生
ずる電力の損失を表わす接地抵抗や、建造物等付近の誘
電体の影響による電力の損失を現わす誘電体損失抵抗等
である。この抵抗ＲＬ　　は抵抗率の大きい導体抵抗Ｒ
に比べると小さく、放射抵抗Ｒ「も特にＡＭではＲに比
べて充分小さい。

したがって、導体抵抗Ｒを減少させると、（２）式の分
母は明らかに減少するので、放射効率ηはその分増加す
ることになる。

ところで、アンテナエレメント２の導体抵抗Ｒを減少さ
せるには、一般に、電流の伝導方向の長さの短縮や、そ
の伝導方向に垂直な断面の拡大、その他、アンテナエレ
メント２自体を抵抗率の低いものに変えるなどの方法が
ある。

しかし、アンテナエレメント２の長さを短縮すると、ア
ンテナの機能が低下してしまう。また、アンテナエレメ
ント２の材料である金・銀は高価なものであるから、そ
の量を増加させることはできない。さらに、アンテナエ
レメント２の材料である金・銀は、加工上・化学上鏝れ
た利点があり、材料自体を他のものに変えることもでき
ない。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであ
って、アンテナエレメント２の体積Ｖ１抵抗率ρ、エレ
メント長！を一定とした条件下で、アンテナエレメント
２の導体抵抗Ｒを従来より減少させた自動車用アンテナ
を提供することを目的とし、この目的達成のための手段
は、ウィンドウパネルに設置される薄板状のアンテナエ
レメント２の一部に上記給電点と給電点を設けてなる車
両用アンテナにおいて、上記給電点と上記アンテナエレ
メント２の端部を結ぶ最短線に垂直なアンテナエレメン
ト２の断面の面積が、アンテナエレメント２上に分布す
る受信波の電流振幅の増減に応じて増減するように形成
したことを特徴とする自動車用アンテナによってなされ
る。

［理論的考察］ 上記本発明の技術的構成は次のような理論的考察によっ
て導かれる。

すなわち、第３図に示ように、給電点３のない方のアン
テナエレメント２の端部４に原点を設け、この原点から
、アンテナエレメント２の長手方向に引いた直線にそっ
て、給電点３を有する端部に向う方向にＸ軸をとり、上
記原点を通り、上記Ｘ軸に垂直にアンテナエレメント２
の板面の法線方向にＺ軸を設け、上記Ｘ軸、Ｚ軸と右手
直交系をなすように、上記原点を通って　ｘｚ　−面に
垂直にＹ軸をとる。

いま、アンテナエレメント２の表と裏の面の形状を表わ
す式をそれぞれ Ｚ−ｆ＋　　（ｘ　　、　Ｖ　　）　　、　Ｚ−ｆｘ（
Ｘ　　＊　　Ｖ　　）（ただしｆ＋（ｘ　＊　ｙ　）、
ｆｚ（ｘ　、　ｙ　）ｔｉｔ積分可能な実関数） とし、またアンテナエレメント２の左右の側面の形状を
表わす式を、それぞれ Ｙ−ｄ＋　（ｘ　）　、Ｙ−ｄｚ（ｘ　）（ただし、ｄ
＋（ｘ）、ｄコ（×）は積分可能な実関数） とし、真については、０からＬ＜Ｌはエレメント長を表
わす）までとし、これらによってアンテナエレメント２
が囲まれているものとする。

ここで、関数式 ｆ＋（ｘ　、　ｙ　）　−ｆλ（ｘ　、　ｙ　）三ｆ（
ｘ、ｙ）（≧０） は、アンテナエレメント２の（ｘ、ｙ）点における板の
厚さを表わし、 ｄｘ（Ｘ　）　−ｄ＋　（ｘ　）三ｄ（Ｘ）（≧０）は
、アンテナエレメント２のｘ点を通る板の幅を表わす。

すると、アンテナエレメント２の点ＸにおけるＸ軸に垂
直なアンテナエレメント２の断面積Ｓ（×）は、 と表わされる。また、アンテナエレメント２の体積Ｖは
、 Ｖ　−ｆ、’Ｓ　（ｘ　）　ｄ　Ｘ　−（４）で表わさ
れる。また、アンテナエレメント２の導体抵抗Ｒは、 Ｒ＝（１／　Ｉ：）−ｔ、’ｐ　Ｉ　（Ｘ　）”／Ｓ　
（Ｘ　＞　ｄ　ｘ　−＜ｎと表わされる。

ここで、Ｉ（ｘ）−１゜５ｉｎ（）πｘ／λ）−（６ン
は、第１３図に示すように、受信電波によるアンテナエ
レメント２上の電流分布を表わし、Ｉ。

は、その電流の最大振幅であり、λはその電流の波長で
ある。

尚、従来のアンテナエレメント２においては、アンテナ
エレメント２の厚さくΔｌ）と幅（ｄｌ）とを一定にし
たのであるから、（３）、（４）式で板の厚さを表わす
関数 ｆ＋　＜Ｘ　）　−ｆ２（ｘ　）三ｆ（ｘ）−Δ１板の
幅を表わす関数 ｄ２（Ｘ　）　−ｄ＋（ｘ　）三ｄ（ｘ）−ｄ＋となり
、断面積５（ｘ）−Δｌｄｌとなる。従って、従来のア
ンテナエレメント２の体積Ｖは、■−！Δ１　ｄ　＋　
−（７） 導体抵抗値Ｒは、 Ｒ＝　ρ　／■：Δｌｄｌ　　・　ｆ−１（ｘ　　）”
ｄｘ　　−（１？）である。

そして、本発明の目的とするところは、従来のアンテナ
エレメント２の体積をｖ１１導体抵抗値をＲ３とし、本
発明に係るアンテナエレメント２の体積を■２、導体抵
抗値をＲ２としたとき、Ｖ＋−Ｖ２　　　　　　　（Ｑ
ｏＬ） Ｒ１＞Ｒ２（Ｑｂン とすることである。

そして、この条件式を満たす自動車用アンテナの形状を
考察すると以下のようになる。

（Ａ）ＡＭ用アンテナの場合 ＡＭ用アンテナの場合には、次の不等式を満たす形状に
形成される必要がある。

３／、／’−ｆ、’Ｓ　（ｘ　　）　ｄｘ−／、’ｘ”
／Ｓ　（ｘ　　）　ｄｘ＜　１−（＋ｏン この不等式の根拠は次の通りである。

すなわち、一般に、自動車用アンチ・すのエレメント長
１は、ウィンドウパネル１の大きさからして、せいぜい
１ｍ程度の長さであり、この長さはＡＭ帯の波長λ（数
百ｍ）と比べて充分小さいから、 Ｘ／λ（１（Ｏ≦Ｘ≦１） である。従って、（６トの電流分布Ｅ　（ｘ　）は、近
似的に １（ｘ）α工山玉−（１１） 入 となる。この（１１）式を（５）、（７）。

（８）式へ代入し、（４）、（９ａ　）、（９ｂ　）式
を用いると上記（１０）式を得ることができる。

この（１０）式の左辺において、被積分関数Ｘ”；’５
（Ｘ）の×２の因子は、ｘ２の増大とともに急速に増大
する。したがって、（１０）式において、左辺を１（従
来のアンテナエレメントの形状の場合、すなわちＳ　（
ｘ　）が定数の場合）よりも小さくするには、上記被積
分関数の分母のＳ（×）がＸの増加とともに一定限度内
で増加するようにアンテナエレメント２の形状を構成す
る必要があるわけである。尚、ここで一定限度とは、５
（ｘ）の増加により、（１０）式の第１の積分値の増大
が第２の積分値の減少を相殺しない限度においてという
意味でる。

［Ｂ）ＦＭ用アンテナの場合 ＦＭ用アンテナの場合には、次の不等式を満たす形状に
形成される必要がある。

−（＋２） この不等式の根拠は次の通りである。

すなわち、ＦＭ帯の波長λは、数ｍ程度であり、アンテ
ナエレメント２の長さノは、］＝ｙ　　に形成するのが
一般である。したがって、（６）式における電流分布１
　（ｘ　）は、ＡＭ帯の場合と異なりｓｉｎ関数のまま
で使用する必要がある。

この（６）式を（５）、（７）、（８）式に代入し、（
４）、（９ａ　）、（９ｂ　）式を用いると（１２）式
を得る。ただし、ＦＭ用アンテナでは、通常の場合、給
電点３を中心として左右が線対象となる形状のものを用
いるので、Ｘの積分範囲を０≦Ｘ≦１とし、積分全体を
２倍λ にすることにした。

さて、上記（１２）式の左辺において、被積の因子は、
０≦Ｘ≦−（−７＞の範囲において、Ｘの増加関数であ
る。従って、左辺を１（Ｓ（Ｘ）が定数である従来のア
ンテナ形状の場合）よりも小さくするには、上記被積分
関数の分母のＳ　（ｘ　）がＸの増加とともに一定限度
内で増加するような構成とする必要があるわけである。

尚、ここで、一定限度内とは、Ｓ（Ｘ　’）の増加によ
る（１０）式の左辺の第２の積分値の減少を第１の積分
値の増大により相殺しない限度でという意味である。　
以上のような理由により、本発明は上記のような技術的
構成となるわけである。

［実施例］ 以下、ＡＭ用アンテナとＦＭ用アンテナとに分けて本発
明の詳細な説明する。

（Ａ）ＡＭ用アンテナの場合 （イ）アンテナエレメント２の板厚を一定（Δ］で表わ
す）にした場合。

この場合は、上記第（３）式において、板厚をｆ　（ｘ
、ｙ）−Δユとおくことにより断面積５（８）は、５（
８）−Δ２ｄ（ｘ）となる。故に　　　　　Ｊ（１０）
式は、 ｉ／、’ｄ　（ｘ　）　ｄ　ｘ・ｆ、９＜　１−　（＋
４）となる。

これに基づき次のような実施例が考えられる。

■まず、第１の実施例として、アンテナエレメント２の
板幅をを現わす関数ｄ（ｘ）＝＝ｋｘ（ｋは定数）の場
合がある。この場合上記（１４）式の左辺の値は、３／
４となり、上記条件〈１４）式に適う。アンテナの放射
効率は、最大の場合には導体抵抗に反比例するから、こ
の場合には、放射効率が４／３、すなわら約３３％改善
されることになる。ところで連続関数ｈ（Ｘ）、ｇ　（
Ｘ）に関するシュワルツａ−Ｑ、ｂ−兄とすると、上記
ｄ（ｘ）−ｋｘの場合に上記（１４）式の左辺が最小値
３／４であることを証明することができる。尚、ｋの値
は、（４）式と、（９ａ）式とから おけるアンテナエレメント２の形状を示すものである。

■アンテナエレメント２の板幅を現わす関数ｄ（ｘ）−
ｋｘ″（ｊ、αは一定）の場合コ（Ｆ）場合、ｄ　（ｘ
）　−ｋｘ　　を（１４）式へに適う。ただし、α−１
の場合は、すでに上記■において示した通りである。尚
、定数にの値場合のアンテナエレメント２の形状を示す
ものである。

■アンテナエレメント２の板幅を表す関数ｄ（ｘ）がｄ
　（ｘ）−に−ｅｘｐ　（ａｘ）　（ｋ　。

ａは一定）の場合 このｄ、（ｘ）＝に−ｅｘｐ　（ａｘ）を（１４）式へ
代入すると、 （１９）式は、Ｏ＜Ａ＜４の場合にあてはまる。

一方、定数には、（４）式と、（９ａ）式からとなる。

第５図は、この場合のアンテナ形状を示すものである。

■アンテナエレメント２の形状を現わす開数ｄ　（×）
をｋ　（ｘ＋ａ）、（ｋ、ａは一定）とした場合ｋ　（
ｘ＋ａ）を（１４）式に代入するとなる。ただし、　α
＝８である。尚定数には、一 （４）式と（９ａ）式から、 である。第６図は、本実施例に係るアンテナエレメント
２の形状を示すものである。

（ロ）アンテナエレメント２の板幅を一定にして（ｄ、
と表わす）、板厚を変える場合。

この場合は、（３）式において、 ｄ、（ｘ）　＝ｄ、、ｄ、（ｘ）　＝ｏとし、簡単のた
め、アンテナエレメント２の板厚を現わす関数ｆ　（ｘ
、ｙ）がｙに依存しないとすれば、ｆ　（ｘ、ｙ）→ｆ
（ｘ） 考えられる。

■１アンテナエレメント２の板厚を表わす関数をｆ　（
ｘ）＝ｋｘ　（ｋは定数である）とした場合 この式を（２３）式へ代入すると、（イ）■の場合と同
様にして、左辺は、３／４となる。従って、この場合に
もアンテナの放射効率ηは、最大約３３％改善ｃ”　ｈ
　８（１：　′！″に：　’Ｅ　４・１・００　　　　
Ｊ値は、（２３）式の条件に適合し、しかも、シュワル
ツの不等式により最小値であることが証明される。

一方、ｋの値は、（４）式と（９ａ）式を用いることに
より、 を得る。第７図は、この場合における、アンテナエレメ
ント２の断面形状を表わすものである。

■アンテナエレメント２の板厚を表わす関数をｆ　（ｘ
）−ｋｘ　　（ｋ、αは定数）とした場合この式を（２
３）式へ代入すること辷より、上記（イ）■の場合と同
様に、０〈　く２の範囲で（２３）式の条件に適合する
ことがわかる。

一方、ｋの値は、（４）式と（９ａ）式とかを得る。第
８図は、この場合のアンテナエレメント２の断面形状を
表わすものである。

■アンテナエレメント２の板厚を表わす関数をｆ　（ｘ
）−に−ｅｘｐ　（ａｘ）（ｋ、ａＧ；を定数）とした
場合 となる。ここで、ＡＥ（：Ｌｌであり、（イ）■の場合
と同様に、Ｏ＜Ａ＜４である。

一方、ｋの値は、（４）式と（９ａ）式から、となる。

第９図は、この実施例に係るアンテナエレメント２の断
面形状を表わすものである。

０アンテナエレメント２の板厚を表わす関数をｆ　（ｘ
）−ｋ　（ｘ＋ａ）（ｋ、ａは一定）とした場合 この式を（２３）式へ代入することにより、（４）式と
（９ａ）式から、 となる。

（Ｂ）ＦＭ用アンテナの場合 （イ）アンテナエレメント２の板厚を一定（Δ〕）にし
た場合。

（１２）式の条件式において、アンテナエレメント２の
板厚を表わす関数をｆ　（ｘ　、　ｙ　）　＝Δｌとお
くと、断面積Ｓ　（ｘ　）　＝Δ２ｄ（Ｘ）となとなる
。

これに基づいて次のような実施例が考えられる。

■アンテナの板幅を表わす関数が ｄ　（ｘ　）　−ｋｓｉｎ　　（９仝）（ｋは定数）の
場合この式を上記（２８）式へ代入して、積分を実行す
ると、−＋ｒ−（〜０．８１　＜　１　＞であり、（２
８）式の条件に適合するだけでなく、シュワルツの不等
式を（２８）式へ適用すると、この表が最小値であるこ
とを証明することができる。

一方、ｋの値は、（４）式と（９ａ）式とがら に、、’ｚ’ムーー（朗） 入ムλ となる。第１０図は、この場合におけるＦＭ用アンテナ
の形状を示すものである。

■アンテナエレメント２の板幅を表わす関数を、ｄ　（
ｘ）＝に−ｅｘｐ　　（ａＸ＞　　（ｋ、ａは定数）と
した場合この場合、上記の式を（２８）式へを得る。こ
こにおいてＡ　λａ／４である。

一方、定数には、（４）式と（９ａ）式とから となる。

（ロ）アンテナエレメント２の幅を一定にして（ｄと表
わす）、板厚を変える場合。

（１２）式の条件において、アンテナエレメント２の幅
を表わす関数をｄ２（ｘ　）　−ｄ２．　ｄｌ　（ｘ　
）＝０とし、更に簡単のため、アンテナエレメント２の
板厚を表わす関数ｆ　（ｘ　、　ｙ　）がｙに依存しな
いものとして、ｆ　（ｘ、ｙ）→ｆ（ｘ）とすれば、断
面積Ｓ　（ｘ　）　＝ｄ、ｆ　（ｘ）である！ となる。このＣとＤ）す、久Ｕ）ぶつ体大虎倒か号えら
れる。

■アンテナエレメント２の板厚を表わす関数がｆ　（ｘ
）　−ｋｓｉｎ　（凪）　　（ｋは定数）のと入 き、アンテナ形状の条件を表わす（３２）式の左辺は、
上記（イ）■と同様にして　　（〈１）〒 を得る。しかも、（３２）式の条件に適合し、かつ、シ
ュワルツの不等式により最小値であることが証明できる
。

一方、ｋの値は、（４）式と（９ａ）式とから、 である。

■アンテナエレメント２の板厚を表わす関数がｆ　（ｘ
）　＝に−ｅｘｐ　　（ａｘ）　　（ｋ　、　ａは定数
）の場合この式をアンテナ形状の条件式である（３２）
式へ代入することにより ここで、Ａミλａ／４である。

尚、定数には、関数ｆ’　（ｘ　）を（４）式と（９ａ
）式へ代入することにより となる。

以上、本発明の詳細な説明したが、本発明は、上記実施
例に限定されるものではなく、上記（１０）式、および
上記（１２）式の条件式を満たすものであればどのよう
な形状のアンテナエレメント２であってもよい。

また、アンテナエレメント２の形状は、必ずしも上記の
関数の数式どうりでなくともよく、アンテナの感度を低
下させない限度において、それら数式に近い形状に形成
されたものであればよい。

また、第１１図に示すように上記実施例において説明し
たアンテナ形状を組合わせたものであってもよい。例え
ば、アンテナエレメントの板厚および板幅を適宜組合わ
せる等である。

尚、ＦＭ用アンテナとしては、左右に別々の形状を組み
合わせたものや、点対象に形成したものであってもよく
、必ずしも給電点３について左右が線対象である必要は
ない。

［効果］ 以上説明したように、本発明によれば、アンテナエレメ
ントの材質を変えず（すなわち、アンテナエレメントの
抵抗率ρは一定）、かつ、アンテナエレメントの量を変
えることなく（すなわち、アンテナエレメントの体積、
アンテナエレメントの長さ父を一定として）、アンテナ
エレメントの導体抵抗を従来の自動車用アンテナよりも
減少させることができる。これにより、本発明に係る自
動車用アンテナによれば、従来の自動車用アンテナに要
するコストと同一のコストにおいて、アンテナの放射効
率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例にかかるアンテナの形状
を示す説明画、第２図はアンテナエレメントの板幅とア
ンテナエレメントの長さとの関係を示す説明図、第３図
はアンテナエレメントに設定した右手直交系を示す説明
図、第４図ないし第１１図は本発明の実施例にかかるア
ンテナの形状を示す説明図、第１２図は従来の自動車用
のΔＭ用アンテナを示す外観説明図、第１３図は自動車
用アンテナにおける受信波電流の電流分布を示すグラフ
、第１４図は従来における自動車用のＦＭアンテナの形
状を示す外観説明図である。 １・・・ウィンドウパネル ２・・・アンテナエレメント ３・・・給電点 ４・・・アンテナエレメントの端部 特許出願人　　　日産自動車株式会社 第３１！１ ＠４図 α＝Ｏ（１＝Ｉ　　　　　　　（Ｌ−２第１１　Ｗ 第ｔ２ｍ 一代 ＠　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　区Ｃζ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ウィンドウパネルに設置される薄板状のアンテナエレメ
   ントの一部に給電点を設けてなる車両用アンテナにおい
   て、上記給電点と上記アンテナエレメントの端部を結ぶ
   最短線に垂直なアンテナエレメントの断面の面積が、ア
   ンテナエレメント上に分布する受信波の電流振幅の増減
   に応じて増減するように形成したことを特徴とする自動
   車用アンテナ。