JPWO2010119746A1 - モノポールアンテナ、アンテナアセンブリ、および車両 - Google Patents
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Abstract
本発明のモノポールアンテナ(14A)は超広帯域を有し、反射係数S11が−6dB未満の予め決められた周波数帯域であるFM帯域で、少なくとも周波数変調信号を受信および/または送信可能であるように構成されている。モノポールアンテナ(14A)は、超広帯域タイプである場合、携帯電話、Wi−Fi、TVまたはDAB(デジタル音声放送)等の各種用途の使用を可能にする。本発明は、また、車両用のプラスチック材料の要素と、このプラスチック材料の要素に取り付けられるモノポールアンテナ(14A)とからなるアンテナアセンブリを提供する。アンテナアセンブリは、少なくとも1つのモノポールアンテナを備えればよく、2つ、3つのモノポールアンテナ(14A)を備えていてもよい。本発明は、また、上記のような少なくとも1つのモノポールアンテナ(14A)または上記のようなアンテナアセンブリを含む車両を提供する。
Description
本発明は、アンテナの分野に関する。
本発明は、特に、自動車の分野で使用されるアンテナに関する。
無線アンテナと呼ばれる自動車用のアンテナが知られている。このタイプのアンテナの効率は比較的良好(70%以上)であるが、見栄えは比較的良くない。さらに、このアンテナは、悪意によって容易に損傷を受けやすく、高速走行時には騒音を生じる可能性があり、無線周波数に対応する87〜108MHzの範囲に限定された帯域幅でしか性能を発揮しない。
ところで、電磁スペクトルは、各種の用途専用の複数の周波数帯域を含んでいる。欧州では、たとえば、88〜108MHzの帯域はラジオ用途の専用であり、一方で、470〜862MHzの帯域はテレビ用途の専用等とされている。
今後は、自動車の内部で多数の用途(TV、Wi−Fi、携帯電話など)が利用できるようになる。しかし、特許文献1に記載されたような無線アンテナは、FM帯域に限定された周波数範囲で性能が良くても、他の周波数範囲では性能が劣るので、自動車内での他の用途のアンテナとして性能が十分ではない。
本発明の目的は、車両内部で多数の用途を利用可能にするアンテナを提供することにある。
このため、本発明は、超広帯域を有し、反射係数が−6dB未満の予め決められた周波数帯域であるFM帯域で、少なくとも周波数変調信号を受信および/または送信可能であるように構成された、モノポールアンテナの提供を目的とする。
超広帯域アンテナとは、帯域の中心周波数の20%に等しい値の中の最小値、または500MHzよりも帯域幅が大きい帯域を有するアンテナとして定義する。
アンテナの性能を測定するために、S11と呼ばれるパラメータを使用する。パラメータS11は、アンテナの反射係数を示す。S11=0dBの場合、全てのパワーはアンテナによって反射され、アンテナからはパワーが全く送られない。S11=−10dBの場合、90%のパワーがアンテナから送られ、10%のパワーが反射される。そのため、所定の周波数帯域でアンテナの性能を良くするには、パラメータS11が代数値でできるだけ小さく、絶対値でできるだけ大きいことが望ましい。従って、所定の周波数でS11=−40dBのパラメータを有するアンテナは、この同じ周波数でS11=−10dBを有するアンテナよりも性能が良い。アンテナは、パラメータS11が所定の周波数範囲でほぼ性能閾値未満であるか、この性能閾値に等しい場合、所定の周波数範囲において性能が良いとみなされる。その場合、パラメータS11は、この周波数範囲に対応する周波数帯域を有する。一般に、性能閾値は−6dBである。
モノポールアンテナは、超広帯域タイプである場合、携帯電話、Wi−Fi、TVまたはDAB(Digital Audio Broadcastingすなわちデジタル音声放送)等の各種用途の使用を可能にする。アンテナは、また、FM帯域でも高性能であるので、車内ラジオ用にも使うことができる。
1つの実施形態では、モノポールアンテナは、FM帯域の共振周波数および/またはFM帯域の帯域幅を予め決定可能な、FM帯域の予備決定手段を含んでいる。
このような予備決定手段は、モノポールアンテナの製造時にFM帯域の共振周波数および/または帯域幅を調整可能にしている。これらの予備決定手段は、アンテナが使用される様々な地理的ゾーンにアンテナを適合させることができる。実際、FM帯域は、地理的ゾーンに応じて多少とも狭いことがあるので、こうした地理的ゾーンに応じて、比較的狭いFM帯域でアンテナ性能を優先させるか、あるいは、性能はそれほど良くないが比較的広いFM帯域で十分に良好なアンテナ性能を優先させることができる。
他の実施形態では、モノポールアンテナは、FM帯域の共振周波数および/またはFM帯域の帯域幅を調節可能なFM帯域の調整手段を含んでいる。
このような調整手段は、モノポールアンテナのユーザが共振周波数とFM帯域幅とを変更可能なタイプのアンテナだけを商品化可能にするものである。調整手段は、また、FM帯域が異なる様々な地理的ゾーンでのアンテナの使用を可能にする。
モノポールアンテナの任意の特徴によれば、モノポールアンテナは、好適には平面である導電性支持体を有する放射手段を含んでいる。
導電性支持体は外側輪郭により画定されており、前記モノポールアンテナが、
導電性支持体に設けられて、共振用の内側輪郭により画定される開口部と、
導電性支持体に設けられて、開口部の共振用の内側輪郭と導電性支持体の外側輪郭とを結合する輪郭により画定される穴とを含んでいる。
導電性支持体に設けられて、共振用の内側輪郭により画定される開口部と、
導電性支持体に設けられて、開口部の共振用の内側輪郭と導電性支持体の外側輪郭とを結合する輪郭により画定される穴とを含んでいる。
共振用の内側輪郭は、共振周囲長を有する。モノポールアンテナを流れる電流は、この輪郭を使用する。周囲長の値、従って共振輪郭の構成を適切に選択することによって、FM帯域におけるアンテナ性能を改善できる。この輪郭は、一般に円形、多角形、または楕円形とすることができる。
開口部と穴は、平面の支持体を含むモノポールアンテナを保持しながら、折り畳みアンテナと同様の送信特性および/または受信特性を得ることを可能にする。
FM帯域の予備決定手段または調整手段は、向かい合った穴の輪郭の2つの部分を結合するコンデンサを含んでいる。
コンデンサは、モノポールアンテナの共振周囲長を延長することができ、従って、FM帯域における性能を改善することができる。
モノポールアンテナは、穴の輪郭に結合される供給ポートを備えた、モノポールアンテナの接続手段を含んでいる。
接続手段の位置によって、予め決められた所望のアンテナインピーダンスが得られる。好適には、このインピーダンスは、同軸ケーブルのインピーダンスにほぼ等しく、すなわち50Ωである。
1つの実施形態では、支持体の外形寸法が、0.1m2より大きいことが好ましく、0.15m2より大きいことがより好ましく、0.18m2より大きいことがより好ましい。
外形寸法は、支持体の最大垂直寸法の積に対応する。
他の実施形態では、支持体の外形寸法が、0.06m2より小さいことが好ましく、0.04m2より小さいことがより好ましく、0.03m2より小さいことがより好ましい。
特に外形寸法または見栄え上の理由から、比較的小型サイズのモノポールアンテナを使用することが望ましい場合がある。本発明によるモノポールアンテナによって、超広帯域であってFM帯域で性能が良く、しかも比較的小型のモノポールアンテナが使用可能になる。
さらに、モノポールアンテナが小型であるので、複数のモノポールアンテナを使用することができる。こうした複数アンテナは、単一アンテナに比べて、結果として得られる総合アンテナの方向ダイバーシチおよび空間ダイバーシチを改善する。このようなダイバーシチの改善によって、モノポールアンテナの性能を高めることができる。
本発明は、また、車両用のプラスチック材料の要素と、このプラスチック材料の要素に取り付けられるモノポールアンテナとを備えるアンテナアセンブリの提供を目的とする。アンテナアセンブリは、少なくとも1つのモノポールアンテナを備えればよく、2つ、3つのモノポールアンテナを備えていてもよい。
本発明は、また、上記のような少なくとも1つのモノポールアンテナまたは上記のようなアンテナアセンブリを含む車両の提供を目的とする。
本発明は、添付図面を参照しながらなされた、限定的ではなく例としてのみ挙げられた以下の説明を読めば、いっそう理解されるであろう。
第1の実施形態によるアンテナを含む車両を示す図である。
図1の車両のスポイラを示す概略的な斜視図である。
図1のアンテナの支持体を示す図である。
第2の実施形態による複数のアンテナを含む車両を示す図である。
図4のアンテナの1つを示す図である。
図5のゾーンVIを示す拡大図である。
第3の実施形態によるアンテナに関する図5と同様の図である。
第3の実施形態によるアンテナに関する図6と同様の図である。
様々なタイプのアンテナに対して周波数に応じた性能パラメータの変動を示すグラフである。
様々なタイプのアンテナに対して周波数に応じた性能パラメータの変動を示すグラフである。
様々なタイプのアンテナに対して周波数に応じた性能パラメータの変動を示すグラフである。
様々なタイプのアンテナに対して周波数に応じた性能パラメータの変動を示すグラフである。
これらの図の幾つかでは、車両の従来の横断方向、長手方向、および垂直方向に対応する直交座標X、Y、Zを示した。
図1では、自動車を全体として参照符号10を付けて示した。自動車は、アンテナ14Aを含む、たとえば補強ポリプロピレン等のプラスチック材料からなる部品12を含んでいる。この場合、部品12は、スポイラまたは後部フィンである。アンテナ14Aは部品12にたとえば貼り合わせにより取り付けられ、1つまたは複数の塗装層の下に隠される。変形実施形態では、部品12は、自動車の後部または前部バンパーの表面、ルーフ、またはボンネットである。
図2では、アンテナ14Aと、自動車10の金属部分16とを示した。アンテナ14Aは、外被22により保護される同軸ケーブル21からなる供給ポート20を備えた接続手段18を含んでいる。外被22は金属部分16に固定され、一方で同軸ケーブル21はアンテナ14Aに固定される。
図3を参照すると、アンテナ14Aは、モノポールタイプで超広帯域を有する。さらに、アンテナ14Aは、予め決められた周波数帯域であるFM帯域で、周波数変調信号を受信および/または送信可能であるように構成されている。アンテナ14Aは、予め決められた周波数帯域で−6dB未満の反射係数を有する。
アンテナ14Aは、たとえば銅を含む導電性材料で構成された導電性の支持体28を備えた放射手段26を含む。支持体28は、XY面にほぼ平行な平面であり、接着性シートの形状を取る。支持体28は、外側輪郭30により画定され、全体が細長い形状で、好適には紡錘楕円形をしている。外側輪郭30は、2つの弓形部分30A、30Bを有する。支持体28は、X方向に沿って延長されている。支持体28は、YZ面に平行な中央対称面Pに対して対称である。
供給ポート20は、ほぼ50Ωに等しいインピーダンスを得るように支持体28に固定される。
支持体28は、ここでは長さ109cm、幅17cmであり、従って、その外形寸法は0.1m2より大きく、さらに0.15m2より大きく、より正確には0.18m2より大きい、0.1853m2である。
図4〜図6では、第2の実施形態による1つまたは複数のアンテナ14Bを示した。図1〜図3に示したものと同じ要素については同じ参照符号を付した。
図4では、3個のアンテナ14Bを含む自動車10を示した。アンテナ14Bは、横断方向Xに沿って一列に並べられている。
図5と図6に示したように、支持体28は、全体がほぼ半楕円形であり、YZ面に平行な中央対称面Pに対して対称である。アンテナ14Bは、支持体28に設けられていて、共振内側輪郭34により画定された開口部32を含む。他方で、アンテナ14Bは、支持体28に設けられた穴36(隙間)を含む。穴36は、共振内側輪郭34と外側輪郭30とを結合する輪郭38により画定される。この場合、開口部32は、ほぼ円形である。
外側輪郭30は、X方向にほぼ平行な1個の部分30Aと、2個の弓形部分30Bとを有する。言い換えると、支持体28の外側輪郭30は、車両のX方向(幅方向)に延びるように構成された直線部30Aと、直線部30Aの一端と他端とを結ぶように構成された円弧部(2個の弓形部分30B、30Bにより構成されている)とを備えている。そして、穴36(隙間)は、円弧部の中央部に設けられている。また、開口部32は、外側輪郭30の円弧部側にオフセットした位置に配置されている。
この実施形態においては、アンテナ14Bは、36cm×15cmの寸法を有する矩形に内接する。そのため、支持体28の外形寸法は、0.06m2より小さい0.0525m2である。
アンテナ14Bは、FM帯域の予備決定手段40を含む。予備決定手段40は、一方では、FM帯域の共振周波数F0の予備決定手段42を含み、他方では、FM帯域の帯域幅Δの予備決定手段44を含む。この場合、予備決定手段42、44は、相互に作用し、向かい合った穴36の輪郭38の2つの部分38A、38Bを結合するコンデンサ46を含んでいる。供給ポート20は、ほぼ50Ωに等しいインピーダンスを得るように穴36を画定する輪郭38に結合される。
変形実施形態では、アンテナ14Bは、周波数F0と帯域幅Δの調整手段を含む。この手段によって、アンテナ14Bのユーザは、コンデンサ46の容量を変更させることができる。
図7と図8には、第3の実施形態によるアンテナ14Cを示した。これまでに示した図と同様の要素には同じ参照符号を付した。
この実施形態においては、支持体28は、全体として楕円形の四分の一の形をしている。アンテナ14Cは、19cm×15cmの寸法を有する矩形に内接している。そのため、支持体28の外形寸法は、0.04m2より小さく、さらには0.03m2より小さい、0.0285m2である。第3の実施形態によるアンテナ14Cは小型であるので、自動車のバックミラーの中に隠すことができる。
輪郭30は、2個の直線部分30Aと1個の弓形部分30Bとを含む。言い換えると、支持体28の外側輪郭30は、第1の直線部30Cと、第1の直線部30Cと連結し、直線部30Cと直交する方向に延びる第2の直線部30Dと、第1の直線部30Cと第2の直線部30Dとが連結していない側の端部を結ぶように構成された弓形部分30Bとを備えている。そして、支持体28の短軸側の直線部分30Cと円弧部30Bとが交わる部分には穴(隙間)36が設けられている。穴36は、共振内側輪郭34と外側輪郭30C、30Bとを結合する輪郭38A、38Bにより画定される。
図9は、第1の実施形態によるアンテナ14A(曲線A、太い実線)と第2の実施形態によるアンテナ14B(曲線B、太い破線)と、従来技術による超広帯域アンテナ(曲線D、通常の線)のタイプのアンテナのパラメータS11の変化を周波数に応じて示している(対数目盛)。
従来技術によるアンテナのパラメータS11は、50MHz〜170MHzではほぼゼロであり、180MHzからは−6dB未満である。そのため、従来技術によるアンテナは、180MHzより高い周波数帯域では性能が良いが、この帯域にはFM周波数帯域が含まれていない。
アンテナ14AのパラメータS11は、80MHzから−6dB未満であり、共振周波数f0,Aがほぼ110MHzであるFM帯域を有する。そのため、アンテナ14Aは、80MHz〜3GHzの周波数帯域で性能が良い。従って、アンテナ14Aは、超広帯域を有し、特にFM周波数帯域をカバーしている。
アンテナ14BのパラメータS11は、ほぼ88MHz〜110MHzに含まれる第1の範囲で、次いで、ほぼ170MHz〜3GHzに含まれる第2の範囲で、−6dB未満である。パラメータS11は、第1の範囲で、共振周波数F0,Bがほぼ100MHzに等しいFM帯域を有する。従ってアンテナ14Bは、超広帯域を有し、特にFM周波数帯域をカバーしている。
アンテナ14A、14BのパラメータS11は、190MHz〜3GHzに含まれる周波数範囲では−6dB未満である。
図10は、第2の実施形態のタイプのアンテナ14B(曲線B、太い実線)と、開口部32のない第2の実施形態のタイプのアンテナ14B(曲線E、通常の破線)と、開口部32も穴36もない第2の実施形態のタイプのアンテナ14B(曲線F、通常の線)とのパラメータS11の変化を示している。
図10でパラメータS11を示したアンテナ14Bの支持体28の外形寸法は0.06m2より小さい。
開口部32と穴36がない場合はFM周波数帯域をカバーすることができない。同様に、穴36がない場合、開口部32の存在にもかかわらずFM周波数帯域をカバー可能にするのに十分ではない。従って、開口部32および穴36の存在は、外形寸法が所定値、この場合には0.06m2より小さいときに、アンテナ14Bが予め決められたFM周波数帯域で高い性能を持つようにするのに必要である。図10に示されたアンテナ14BのパラメータS11は、ほぼ95MHzに等しい共振周波数F0,Bをもつ帯域を有する。
図11は、コンデンサ46の容量Cの様々な値に対するアンテナのパラメータS11の変化を示している。
各アンテナは、ほぼ70MHz〜100MHzに含まれるFM周波数範囲に1つの帯域をもつパラメータS11を有する。この範囲にある各帯域は、コンデンサの容量Cの値に応じた共振周波数F0を有する。共振周波数F0は、容量Cの値が増えると減少する。容量4・10−12F、7・10−12F、1・10−11Fおよび1.3・10−11Fの場合、周波数F0,1、F0,2、F0,3およびF0,4は、それぞれほぼ105MHz、98MHz、89MHz、および79MHzに等しい。従って、コンデンサ46は、FM帯域の周波数をカバーする帯域の周波数F0を予め決定および/または調整することができる。
さらに、帯域幅Δは、容量Cの値が増えると減少する。そのため、コンデンサ46は、FM帯域の周波数をカバーする帯域の帯域幅F0を予め決定し、および/または調整することができる。
コンデンサ46の容量Cの変化は、150MHzより大きい周波数範囲をカバーする他の帯域の共振周波数をあまり変えないか、または全く変えない。
図12は、第2の実施形態によるアンテナ14B(曲線B、太い実線)と、第3の実施形態によるアンテナ14C(曲線C、通常の線)とのパラメータS11の変化を示している。
図9と図10に同様に示したように、アンテナ14BのパラメータS11は、ほぼ88MHz〜110MHzに含まれる第1の周波数範囲で、次いで、ほぼ170MHz〜3GHzに含まれる第2の周波数範囲で、−6dBより小さい。従って、アンテナ14Bは、超広帯域を有し、特にFM周波数帯域をカバーし、この帯域で性能が良い。
アンテナ14Cの支持体28の外形寸法は0.03m2より小さい。アンテナ14CのパラメータS11は、ほぼ87MHz〜110MHzに含まれる第1の周波数範囲で、次いで、ほぼ170MHz〜360MHzに含まれる第2の周波数範囲で、さらに、ほぼ560MHz〜3GHzに含まれる第3の周波数範囲で、−6dBより小さい。従って、アンテナ14Cは、超広帯域を有し、特にFM周波数帯域をカバーし、この帯域で性能が良い。
電磁スペクトルは、各種の用途専用の複数の周波数帯域を含む。これらの専用周波数帯域は、地理的ゾーンに応じて著しく変わる。例として、欧州、米国、および日本に対して、FMラジオ、DAB(Digital Audio Broadcasting)、TV、車両間通信、Wi−Fi、および携帯電話のための周波数帯域を表1で示す。
各アンテナ14A、14B、14Cは、使用可能にすることが望まれる用途に応じて、様々な地理的ゾーンで使用できる。周波数F0および帯域幅Δの予備決定手段42、44により、地理的ゾーンにFM周波数帯域を適合させることができる。
下の表2(第2の実施形態によるタイプのアンテナ)と表3(第3の実施形態によるタイプのアンテナ)は、欧州、米国、および日本の各地理的ゾーンに対して、外形寸法、容量Cの値、ならびに、パラメータS11が−6dBより小さい範囲、すなわちアンテナの性能が良い範囲を示している。
本出願は、2009年4月15日に出願された仏国特許出願第0952472号に基づく。本明細書中に仏国特許出願第0952472号の明細書、特許請求の範囲、図面全体を参照として取り込むものとする。
Claims (12)
- 超広帯域を有し、反射係数S11が−6dB未満の予め決められた周波数帯域であるFM帯域で、少なくとも周波数変調信号を受信および/または送信可能であるように構成されている、モノポールアンテナ。
- 超広帯域は、帯域の中心周波数の20%に等しい値の中の最小値、または500MHzよりも帯域幅が大きい帯域を有する、請求項1に記載のモノポールアンテナ。
- FM帯域の共振周波数および/またはFM帯域の帯域幅を予め決定可能な、FM帯域の予備決定手段を含む、請求項1または2に記載のモノポールアンテナ。
- FM帯域の共振周波数および/またはFM帯域の帯域幅を調整可能な、FM帯域の調整手段を含む、請求項1または2に記載のモノポールアンテナ。
- 平面である導電性支持体を有する放射手段を含む、請求項1から4のいずれか一項に記載のモノポールアンテナ。
- 導電性支持体が外側輪郭により画定されており、前記モノポールアンテナが、
導電性支持体に設けられて、共振用の内側輪郭により画定される開口部と、
導電性支持体に設けられて、開口部の共振用の内側輪郭と導電性支持体の外側輪郭とを結合する輪郭により画定される穴とを含む、請求項5に記載のモノポールアンテナ。 - 予備決定手段または調整手段が、向かい合った穴の輪郭の2つの部分を結合するコンデンサを含む、請求項6に記載のモノポールアンテナ。
- 穴の輪郭に結合される供給ポートを備えた、モノポールアンテナの接続手段を含む、請求項6または7に記載のモノポールアンテナ。
- 支持体の外形寸法が、0.1m2より大きい、請求項5から8のいずれか一項に記載のモノポールアンテナ。
- 支持体の外形寸法が、0.06m2より小さい、請求項5から8のいずれか一項に記載のモノポールアンテナ。
- 車両用のプラスチック材料の要素と、このプラスチック材料の要素に取り付けられる請求項1から10のいずれか一項に記載のモノポールアンテナとを備えるアンテナアセンブリ。
- 請求項1から10のいずれか一項に記載の少なくとも1つのモノポールアンテナまたは請求項11に記載のアンテナアセンブリを含む車両。
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