JPWO2004004069A1 - 地上波受信用アンテナ装置およびアンテナ利得の調整方法 - Google Patents

Abstract

アンテナが垂直方向から傾斜して設置された場合にも、垂直偏波受信時の指向性利得の低下を生じない地上波受信用アンテナ装置を提供する。このアンテナ装置は、垂直方向から傾斜して配置された平面アンテナと、平面アンテナから所定の距離だけ離れて、水平方向にまたは水平方向に対し所定の角度傾けて設置された反射板とを備える。反射板は、平面アンテナに最も近接して設けるか、あるいは平面アンテナの受信する地上波の波長をλとした場合に、平面アンテナから０．５λの整数倍の距離に設ける。

Description

本発明は、地上波受信用アンテナ装置およびアンテナ装置の利得調整方法、特に垂直方向に対し傾斜して配置されたアンテナ本体を備える地上波受信用アンテナ装置およびこのようなアンテナ装置の利得調整方法に関する。

地上局からの電波（垂直偏波）を受信する地上波受信用アンテナ装置を設置する都合上、どうしてもアンテナ本体を垂直方向から傾斜させて配置させなければならない場合がある。一例として、車両用ガラスアンテナの場合である。車両のフロントガラス，リアガラスなどは、ガラスの傾斜が大きいので、このようなガラスに設置されるアンテナ本体は垂直方向から傾斜することとなる。
このような場合、水平方向から到来する垂直偏波を受信しようとすると、アンテナの傾斜によりアンテナの実効開口面積が低下するため、指向性利得が低下するという問題があった。
図１および図２に、アンテナの傾斜による垂直偏波指向性利得の低下の概念を示す。図１に示すように、平面アンテナ１０が形成されたフロントガラス１２が垂直である場合、水平方向からの垂直偏波に対する平面アンテナの本来の実効開口面積がＳであるとする。実際には、図２に示すように、フロントガラス１２は傾斜しているので、傾斜角（垂直方向からの傾き角）をθとすると、水平方向の実効開口面積はＳ×ｃｏｓθとなる。このように、アンテナ本来の実効開口面積がＳであっても、アンテナがθ傾斜することで水平方向からの垂直偏波に対しては、実効開口面積はＳ×ｃｏｓθと小さくなる。これにより、水平方向での垂直偏波指向性利得は低下する。

本発明の目的は、アンテナが垂直方向から傾斜して設置された場合にも、垂直偏波受信時の指向性利得の低下を生じない地上波受信用アンテナ装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、垂直方向からアンテナを傾斜して設置した際の、垂直偏波受信時の指向性利得を改善する利得調整方法を提供することにある。
本発明では、傾斜して配置されているアンテナに、水平方向にまたは水平方向に対し所定の角度傾けて配置された反射板を用いることで、水平方向から到来する垂直偏波に対するアンテナの実効開口面積を増加させ、指向性利得の改善を図っている。また、このようにして、改善された水平面内指向特性は、ほぼ無指向性となる。
本発明の第１の態様は、水平方向から到来する垂直偏波を受信する地上波受信用アンテナ装置であって、垂直方向から傾斜して配置された平面アンテナと、平面アンテナから所定の距離だけ離れて、水平方向または水平方向に対し所定の角度傾けて設置された反射板とを備える地上波受信用アンテナ装置である。
所定の角度は、０〜３０°であり、好ましくは６°である。実験の結果、０〜３０°の範囲で指向性利得の改善がみられ、６°で最大の指向性利得が得られることがわかった。
この地上波受信用アンテナ装置においては、反射板は、平面アンテナに、最も近接して設置されるか、あるいは、平面アンテナの受信する地上波の波長をλとした場合に、平面アンテナと反射板との間の所定の距離が、０．５λの整数倍となるように設置される。
本発明の第２の態様は、水平方向から到来する垂直偏波を受信する地上波受信用アンテナ装置において、垂直方向から傾斜して配置された平面アンテナの指向性利得を調整する方法であって、平面アンテナから所定の距離だけ離れて、水平方向にまたは水平方向に対し所定の角度傾けて反射板を設置するステップと、所定の距離は、反射板を設置しない場合に比べて、指向性利得が改善されるように選定するステップとを含む、地上波受信用アンテナ装置の利得調整方法である。
この利得調整方法においては、反射板を、平面アンテナに最も近接して設置するか、あるいは、平面アンテナの受信する地上波の波長をλとした場合に、平面アンテナと反射板との間の所定の距離を、０．５λの整数倍に選定する。

図１は、アンテナ傾斜による垂直偏波指向性利得低下の概念を示す図である。
図２は、アンテナ傾斜による垂直偏波指向性利得低下の概念を示す図である。
図３は、本発明の地上波受信用アンテナ装置の一実施例を示す図である。
図４は、距離Ｌと利得改善効果の相関評価を行うための平面アンテナと反射板との配置を示す図である。
図５は、水平方向に対し所定の角度傾けて反射板を置くことで、反射板の無い状態から、どの程度利得改善効果があるか評価した結果を示す図である。
図６は、共振周波数が１．７ＧＨ_ｚのモノポールタイプの平面アンテナのパターンを示す図である。
図７は、アンテナが傾斜角６６°で設置され、放射素子の下端に最も近接して反射板が設置されている状態を示す図である。
図８は、放射素子とアース導体との配置を示す図である。
図９は、反射板を設置したアンテナ装置と、反射板を設置しないアンテナ装置とについて、水平方向垂直偏波指向性利得を比較した結果を示す図である。
図１０は、車両のフロントガラスに本発明のアンテナ装置を設置する位置を示す図である。

図３は、本発明の地上波受信用アンテナ装置の一実施例を示す。平面アンテナ１０は、垂直方向からθの角度傾斜したガラス板１６に設置されている。アンテナ装置が車両に搭載される場合には、ガラス板１６は、フロントガラスまたはリアガラスに相当する。
この地上波受信用アンテナ装置は、平面アンテナ１０の下方に、水平方向にまたは水平方向に対し平面アンテナから離れる方向に角度δ（０〜３０°）傾けて設置された反射板１８を備えている。本実施例では、反射板は水平方向に対し６°傾けて設置している。このように水平方向に対し傾けて設置した反射板１８により鏡像アンテナ２０が構成され、見かけ上アンテナの水平方向から到来する垂直偏波に対する実効開口面積は、Ｓ×ｃｏｓθより増加する。これにより、水平方向での垂直偏波に対する指向性利得は改善される。
また、設置する反射板１８はターゲットとなる水平面内方向で、放射特性をさえぎる部分がないため、得られる水平面内垂直偏波指向特性を無指向性とすることが可能となる。
本発明者らは、このような反射板１８と平面アンテナ１０との間の距離Ｌによって、利得改善効果がどのように変化するかをシミュレーションした。ここに、距離Ｌは、平面アンテナの下端から垂直方向に測った反射板１８までの距離を示す。
図４は、距離Ｌと利得改善効果の相関評価（シミュレーション）を行うための平面アンテナ１０と反射板（無限平面）２２との配置を示す。平面アンテナ１０の垂直方向に対する傾斜角θは６０°とする。反射板２２は、水平方向に対し、６°傾けて配置する。
図５に、反射板を置くことで、反射板の無い状態から、どの程度利得改善効果があるか評価した結果を示す。横軸は、受信電波の波長λで表示した距離Ｌを、縦軸は、平均利得変化量（ｄＢ）を示す。この相関評価から、距離Ｌが０および０．５λのとき、平均利得変化量は極大値をとり、距離Ｌが０のとき、すなわちアンテナの下端の直下に反射板を設置した場合（ただし、アンテナと反射板は接触しない）が、改善レベルは、約５ｄＢとなって、最も効果が大きいことがわかる。
したがって、反射板は、アンテナの直下に設ける、あるいはアンテナから０．５λの位置に設けるのが好適である。
さらに距離Ｌを大きくとって、垂直偏波平均利得を評価したところ、０．５λの整数倍の距離Ｌで極大値をとり、この極大値は、距離Ｌが大きくなるにつれて減少していくことが確かめられた。したがって、反射板は、０．５λの整数倍の位置に設置することもできる。
一例として、ガラス面に構成されたモノポールタイプの平面アンテナでの指向性利得を改善する場合について説明する。
図６は、共振周波数が１．７ＧＨｚのモノポールタイプの平面アンテナ３０のパターンを示す。この平面アンテナ３０は、正方形のガラス板３２上に形成され、矩形状のアース導体３４と、細長状の放射素子３６とから構成されている。これら放射素子およびアース導体のそれぞれに接続されるように、給電点３８，３９が設けられている。
図７に、このような平面アンテナ３０が傾斜角６６°で設置され、反射板４０が水平方向に対し６°傾けて設置されている状態を示す。
反射板４０に近い側に図７のように放射素子３６を設けるかあるいはアース導体３４を設けるかは、例えば、車両の窓ガラスへの設置位置によって決まってくる。図８には、反射板４０に近い側にアース導体３４を設けた平面アンテナ４４を示す。したがって距離Ｌは、アース導体３４の下端と反射板４０との間の距離である。
図７に示した構造のアンテナ装置において、反射板４０をアース導体３４の下端に最も近接して配置したものと、図７において反射板４０が設置されていないものとについて、水平方向垂直偏波指向性利得を比較した結果を、図９に示す。
平均利得は、反射板不使用時には−７ｄＢであり、反射板使用時には１ｄＢであった。反射板の使用により、水平方向垂直偏波の指向性利得は、平均で８ｄＢ改善されていることがわかる。また、良好な無指向性の特性が得られていることがわかる。
したがって、以上のようなアンテナ装置を車両に搭載する場合には、車両の傾斜した窓ガラス（例えば、フロントガラスまたはリアガラス）の内側面に上記の平面アンテナを設け、この平面アンテナの下側に反射板を設けることになる。
図１０は、車両のフロントガラス４２に、本実施例のアンテナ装置を設置する位置を示す。フロントガラス４２の内側上部にアンテナ装置を取り付ける場合には、図７に示したように放射素子３６が反射板４０側にくるようにし、フロントガラス４２の内側下部にアンテナ装置を取り付ける場合には、図８に示したようにアース導体３４が反射板４０側にくるようにする。
このように配置する理由は、フロントガラス４２の内側上部および内側下部は、車体のルーフの部分がアース導体として働くので、これにアース導体３４を接続しやすいからである。

本発明によれば、水平方向にまたは水平方向に対し所定の角度傾けて設置した反射板により、鏡像アンテナが形成され、これにより水平方向から到来する垂直偏波に対するアンテナ実効開口面積を増加させることができる。このため、アンテナが傾斜しても、水平方向から到来する垂直偏波に対して、大きな指向性利得が確保できる。したがって、アンテナが垂直方向から傾斜して設置された場合にも、垂直偏波受信時の指向性利得の低下を生じない地上波受信用アンテナ装置を実現でき、さらには、垂直方向からアンテナを傾斜して設置した際の、垂直偏波受信時の指向性利得を改善する利得調整方法を実現できる。

Claims (14)

1. 水平方向から到来する垂直偏波を受信する平面アンテナであって、垂直方向から傾斜して配置された平面アンテナと、
   前記平面アンテナから所定の距離だけ離れて、水平方向にまたは水平方向に対し所定の角度傾けて設置された反射板と、
   を備える地上波受信用アンテナ装置。
2. 前記反射板は、前記平面アンテナに、最も近接して設置されている、請求項１に記載の地上波受信用アンテナ装置。
3. 前記平面アンテナの受信する地上波の波長をλとした場合に、前記平面アンテナと前記反射板との間の所定の距離は、０．５λの整数倍である、請求項１に記載の地上波受信用アンテナ装置。
4. 前記所定の角度は、０〜３０°である、請求項１に記載の地上波受信用アンテナ装置。
5. 前記所定の角度は、６°である、請求項４に記載の地上波受信用アンテナ装置。
6. 前記平面アンテナは、車両のフロントガラスまたはリアガラスの内側面に設置されて、前記反射板は、前記平面アンテナの下側に設置されている、請求項１〜５のいずれかに記載の地上波受信用アンテナ装置。
7. 前記平面アンテナは、車両のフロントガラスまたはリアガラスの内側面に設置された放射素子およびアース導体より構成される、
   請求項６に記載の地上波受信用アンテナ装置。
8. 水平方向から到来する垂直偏波を受信する平面アンテナであって、垂直方向から傾斜して配置された平面アンテナの指向性利得を調整する方法であって、
   前記平面アンテナから所定の距離だけ離れて、水平方向にまたは水平方向に対し所定の角度傾けて反射板を設置するステップと、
   前記所定の距離は、前記反射板を設置しない場合に比べて、指向性利得が改善されるように設定するステップと、
   を含む地上波受信用アンテナ装置の利得調整方法。
9. 前記所定の距離を設定するステップは、前記反射板を、前記平面アンテナに最も近接して設置するステップを含む、請求項８に記載の地上波受信用アンテナ装置の利得調整方法。
10. 前記所定の距離を設定するステップは、前記平面アンテナの受信する地上波の波長をλとした場合に、前記平面アンテナと前記反射板との間の所定の距離を、０．５λの整数倍に選定するステップを含む、請求項８に記載の地上波受信用アンテナ装置の利得調整方法。
11. 前記所定の角度は、０〜３０°である、請求項８に記載の地上波受信用アンテナ装置の利得調整方法。
12. 前記所定の角度は、６°である、請求項１１に記載の地上波受信用アンテナ装置の利得調整方法。
13. 前記平面アンテナは、車両のフロントガラスまたはリアガラスの内側面に設置されている、請求項８〜１２のいずれかに記載の地上波受信用アンテナ装置の利得調整方法。
14. 前記平面アンテナは、車両のフロントガラスまたはリアガラスの内側面に設置された放射素子およびアース導体より構成される、請求項１３に記載の地上波受信用アンテナ装置の利得調整方法。

Images