KR900006043B1 - 차량용 안테나 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

차량용 안테나 장치

제1도는 본 발명의 1실시예를 표시한도.

제2도는 상기 실시예를 운전석쪽에서 본도.

제3a도는 안테나 소자의 구성을 표시한도. 제3b도는 동단면도.

제4도는 종래의 휩(whip)안테나의 부착예를 표시한도.

제5도는 종래의 유리창 안테나를 표시한도.

제6도는 실시예를 스트립 라인 구조로 설명하는도.

제7도는 실시예의 분포정수회로도.

제8도는 실시예의 집중정수 회로도.

제9도는 실시예의 등가 회로도.

제10(a)도는 안테나 소자의 위치를 표시한도.

제10(b)도 내지 제12도는 종래의 소자를 수평으로 설치한 안테나의 임피던스 커어브도.

제13(a)도는 안테나 소자의 위치를 표시한도.

제13(b)도 내지 제18도는 본원의 구성에서의 임피던스 커어브도.

제19도는 종래의 휩 안테나의 인피던스 커어브도.

제20도는 실시예의 수직편파(偏坡)수신시의 지향특성도.

제21도는 실시예의 수평편파 수신시의 지향특성도.

제22도는 종래의 휩 안테나의 수직편자 수신시의 지향특성도.

제23도는 종래의 휩 안테나의 수평편파 수신시의 지향특성도.

제24도는 안테나의 감도 비교도.

제25도는 버퍼 증폭기의 사용하는 실시예를 표시한도.

제26도는 버퍼 증폭기에 대한 급전예를 표시한도.

제27도는 버퍼 증폭기의 필터부의 회로도.

제28도는 이상 트랜스를 표시한 회로도.

제29도는 실시예의 필터부의 전하를 접속한 회로도.

제30도는 부하조건을 파라미터에 표함시켰을시의 회로도.

제31도는 안테나 소자의 다른 실시예를 표시한도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 전면유리 2,32 : 안테나 소자

4 : 동축케이블 7 : 프런트필러(front pillar)

31 : 필터

본 발명은 자동차의 FM 방송 수신용의 주 안테나로서 혹은 안테나 다이버시티(diversity)수신 방식인 소위 부 안테나로서 적합한 안테나 장치에 관한 것이며 특히 자동차의 유리부에 안테나 소자를 부착하는 안테나 장치에 관한 것이다.

종래는 자동차의 FM 방송 수신용 안테나로서는 제4도에 표시한 17,18,19와 같은 자동차의 전측부, 지붕부 혹은 트렁크부등에 설치된 휩 안테나 일반적으로 사용되고 있다.

근래 자동차의 후면 유리부를 이용하여 부착하는 구성도의 것도 잘 사용되고 있다.

이런 종류의 것에서는 제5도에 표시한 바와같은 후면 유리에 설치된 흐름방지의 히이터선(20)을 안테나 소자에도 겸용한것이라던가, 유리면중에서 히이터선이 없는 부분에 별도 안테나 소자(21)를 설치한것, 혹은 또 앞의 2개의 조합한 구성으로 한것등이 사용되고 있다.

또 델레비 방송을 목적으로한 안테나에 대하여 전부 후부, 측면 유리창에 여러가지의 안테나 패턴을 시도한것에 관하여 1984.7월5일자 발행한 전파신문 하이테크놀로지에 기재된 것이 있다.

상기한 종래부터 사용되고 있는 안테나중 휩 안테나는 감도, 지향특성의 점에서는 양호한 특성을 지니고 있으나 통상 1미터 전후의 길이로 차체의 외측으로 돌출하고 있기 때문에 세차기를 이용할 때에는 안테나를 미리 당겨넣게 한다던가 일시적으로 떼어낼 필요가 있다. 또 주행시에 바람을 스치는 소리를 발생시키거나 도단을 당하는 위험성이 있거나 안테나의 부착이 용이하지 않고 특히 다이버시티 수신방식으로 하기 위하여 부 안테나를 추가할 때에 번거로움 등의 걸점이 있었다.

유리창 안테나 장치의 경우에는 안테나 소자를 차내에 설치하므로 상기한 바와 같은 횝 안테나의 결점은 거의 해소되고 있다고는 하나 안테나의 기본성능인 지향특성이 좋지않고 감도의 점에서도 차밖에 설치된 소자 길이가 1/4파장정도의 횝 안테나보다도 한층 열등한 것이었다. 또 후면 유리창위에 설치된 히이터선과 한테나 소자를 겸용하고 있는것, 또는 히이터선과 안테나 소자가 근접해 있는 것에 있어서는 전원으로부터의 잡음을 받기쉽다고 하는 결점을 지니고 있다.

한편 차량이 주행하면서 FM 방송을 수신할 때에는 수신 안테나에는 방송 안테나로부터의 직접파 외에 지면으로부터의 반사파, 도로의 가까이에 있는 건조물로부터의 반사파 등도 동시에 포착되고 그들의 간섭으로 인해서 멀티패스(multipath)장해라고 하는 현상이 있는 것은 잘 알려져 있다.

이 문제를 해결하기 위한 하나의 방법으로서 안테나 다이버시티 방식의 수신장치가 실용화되고 있다.

이 다이버시티 수신 장치는 어떤 거리를 두고 설치된 또는 지향성의 방향을 상이한 방향으로 항하여 설치되어 있는 복수의 안테나의 출력을 상기 감시해두고 복수의 안테나의 출력의 큰것을 사용하도록 절환하는 혹은 현재 접속되어 있는 안테나로부터의 출력이 어떤 레벨로 하회시에 별도의 안테나로 절환하도록 한것이다.

이와같은 다이버시티장치에 있어서는 적어도 2개의 안테나가 필요하다. 즉 종래의 안테나에 가하여 또다른 안테나를 추가하지 않으면 안되고 그때 상기한 바와같은 문제점을 갖지않은 혹은 설치상의 제약이 적은 또 부착이 용이한 것이 요망된다.

다음에 제19도에 표시한 것은 전장 90cm의 휩 안테나의 임피던스 특성의 실측예를 스미선도(suithchart)에상에 표현한것으로서 선도의 중심을 동축케이블의 임피던스 75Ω으로 하고 있다. 이 안테나의 임피던스는 FM 밴드의 거의 중심에서 75Ω 순저항으로 되어 있다.

제22도 및 제23도는 각각 이 안테나의 지향 특성으로서 측정시에 송신측 안테나를 수직편파, 수평편파로 할때의 특성도이다.

또 제10도,제11도,제12도는 제10도(a)에 표시한 바와 같이 전면 유리 내측의 좌상위치에 안테나의 출력부를 고정하여 소자로서 폭 10㎜, 두께 0.3㎜의 동박(銅箔)을 사용하고 그 길이를 변화시켜서 임피던스 특성을 측정한 예로서, 챠아트상에서 임피던스가 크게 벗어나 있고 따라서 감도도 좋지 못한 것을 나타내고 있다.

제10도는 소자의 길이가 1/4파장(90.4㎝), 제11도는 1/7파장(51.6㎝), 제12도는1/8파장(45.2㎝)시의 측정치이다.

제1도는 본 발명의 제1실시예를 표시한 것으로 1은 자동차의 전면유리, 2는 안테나 소자이며, 3은 동박을 내장하는 형태로 만들어진 투명 재질의 스티커(sticker)이며, 차의 내측에 붙어 있다. 4는 동축 케이블이고, 5는 안테나 소자의 출력단과 동축 케이블의 외피선으로 그의 선탄은 차체에 접속되어 있다. 6은 접지선으로서 동축 케이블(4)의 선단부의 차체를 연결한다. 7은 자동차의 프런트 필터이며, 12는 핸들이다.

제2도는 제1도에 표시한 안테나 장치를 운전수 좌석에 본 상태를 나타내고 있다. 제1도와 공통적인 것은 같은 부재번호를 붙이고 있다. 8은 차양이며 9는 그의 회전축, 9a는 차양을 차체에 고정시키기 위한 기부이며, 10은 고정용 나사못, 11은 동축 케이블의 외피선의 선난에 납땜으로 접속시킨 래크이며, 기부(9a)와 함께 차체의 금속제 구조물에 나사못(10)에 의해서 체결되어 고정되는 동시에 전기적 접속이 행하여지고, 동축케이블의 소위 접지가 취해진다.

제3도는 제1도의 안테나 소자(2)의 구조를 구체적으로 표시한 것으로, 제3a도는 그의 평면도, 제3b도는 그의 단면도이다. 투명한 플라스틱 필림(13,14)은 동박과 같은 도전체(15)를 끼우는 형태로 열압착 등의 방법으로 접합되어 있으며 필름(13)의 이면에는 접착제(16)가 도포되어 있고 유리창의 표면에 고정시킬 수 있도록 되어 있다. 도전체(15)의 일단은 노출되어 있고 출력단자로 되어있다. 제25도는 본 발명의 안테나 소자에 버퍼증폭기를 접속하여 사용할 경우의 1실시예이다.

도면중, AE는 안테나 소자이며 GND는 차체에 접지하는 것을 나타내고 있다. R₁은 안테나 소자에 유기된 정전기를 접지로 도피시키기위한 고저항이다.

C₁내지 C₃, L₁내지 L₃으로 구성되어 있는 회로는 C_1,C₂, L₁으로 이루어진 고역통과필터와 L₂,L₃,L₃으로 이루어진 저역통과 필터로 분해되고, 양자로서 FM 방송대에 있어서 밴드패스 특성을 나타내도록 되어있다.

다음에 본 발명의 원리를 다음 제6도 내지 제9도를 사용하여 설명한다.

제6도는 본 발명의 실시예를 평행 결합한 스트립 라인 구조에 의해 설명하는 도이다.

필터(31)는 자동차 본체에 지붕이라고하는 대면적인 금속부, 즉 영전위에 양끝이 접속된 스트립 라인으로서 표현된다.

또 그것에 평행하여 설치된 안테나 소자(32)는 양끝이 해방된 소자로서 그의 한끝에 접속용단자(33)가 설치되어 있다.

제7도는 동 실시예를 분포 정수회로로 표현한것이다. 제6도에 있어서의 필터(31)는 양끝이 접지되어 있으며, 길이가 대상으로 하는 FM 방송 대역에 있어서 γ/2(≒1.8m) 이하이므로, 인턱디브로되고, 제7도에 있어서는 인턱턴스(35)오 방사저항(34)으로서 표현된다. 제6도의 안테나 소자(32)는 양끝이 해방되어 있고 또한 길이를 γ/4 이하로하면 용량성으로 되어 제7도에서는 방사저항(37)과 캐패시턴스(38)로서 표현된다. 또 트랜스(36)는 제6도의 필러(31)와 안테나 소자(32)와의 결합을 나타내고 있다.

제8도는 제7도의 분포 정수회로를 집중정수회로로서 개시한 것으로서 제8도의 방사저항(39)은 제7도의 34에, 마찬가지로 인덕턴스940), 35, 트랜스(41)는 36, 방사저항(42)은 37, 캐피시던스(43)는 38에 대응하고 있다.

제9도는 제8도의 회로를 다시 최종적인 등가회로로서 나타낸 것으로서 합성된 방사저항(44)과 합성된 유도저항 특 인덕턴스(45), 캐패시턴스(46)로 이루어진 직렬 공진회로로서 표현된다.

즉 FM 수신대역에서 필터부가 인덕턴스로서 안테나 소자부가 캐패시턴스로서 작용하고 동수신 대역내에 공진점을 가지고 이들 가능성이 표시되고 있다.

다음의 제25도에 표시한 버퍼 증폭기의 회로의 작용을 설명한다. 먼저 동도중에서 안테나 소자(AE)의 출력단부터(Q₁)의 게이트까지의 부분을 꺼내면 제278도와 같이된다.

다음에 17도의 회로가 지닌 하나의 특성을 설명한다. 계산의 용이성때문에 C₁=C₂=C, L₁=L, L₂=L₃=L', C₃=C'로 한다. 이 회로의 F 라파미터를 계산하면,

여기서 전단(前段)의 고역통과 필터와 후단의 저역통과 필터의 중심 주파수를 동일하게 취하면 wo²LC=wo²L'C'=1 이것을 식1에 대입하면

여기서, LC\L'C'이므로, L'/L=C/C'=n로 하면,

로 된다.

그런데 제28도에 표시되는 이상 트랜스에 잇어서 1차측에 대한 2차측의 권신비를 n으로 하면 V₂=n V₁,I₂=(1/n)×I₁가 성립한다. 이것은 매트릭스로 표현하면

이것과 상기식 2를 비교하면 제27도의 회로의 의해서도 입력보다도 높은 전압을 얻는 것이 원리적으로 가능하다는 것이 표시되었다.

다음에 제27도의 회로에 제29도와 같이 실제의 신호원 임피던스를 R₂, 부하 임피던스 R_L을 접속하였을시의 F 파라미터(F')를 구한다.

로 하면 회로는 제30도와 같이 표시되는 전압이득

로 되고 R_S/RL을 일정하게 할때

일때에는 최대로 되고 그때의 전압이득

로서 주어진다.

따라서 가령 신호원 임피던스 R_S가 75Ω의 안테나를 회로에 접속하여 회로의 출력부를 300Ω으로 종단한 경우에는

로 되어 신호원 임피던스가 75Ω의 안테나에 75Ω의 부하를 직접 접속할 경우에는 신호원 전원의 1/2의 전압이 부하에 나타나므로 그것과 비교를 하면 2배의 전압을 꺼낼 수 있다는 것이 표시되었다.

다음에 Q₁의 회로에 대하여 설명한다. Q₁은 FET이며 드레인 출력은 권선비가 1:1의 트랜스(T₁)에 의해서 소오스에 부귀한(NF)되고, 이득은 1이지만 종래부터 사용되고 있는 트랜지스터의 에미터 플로워 방식과 같은 저출력 임피던스를 얻을 수 있는 동시에 NF가 작고, 또한 다이너믹레인지의 넓은 버퍼증폭기를 형성하고 있다.

제25도의 회로 전체로서 보면 C₁내지 C₃, L₁내지 L₃로 이루어진 필터부터 입력전압을 높인후 Q₁에 의해서 일정출력 임피던스회로가 접속되어 있으므로 필터부의 입력, 출력 임피던스를 상기와 같이 각각 75Ω, 300Ω으로 하므로써 약 6dB의 이득을 실현하고 있다. 또 필터부는 낙퇴시에 안테나에 유도되는 서어지전압을 차단시키는 역할까지도 수행하고 있다.

[실시예]

이미 설명한 바와같이 FM 방송의 주파수대에 있어서 자동차의 필러부가 유도성 소자로서 작용하는 일, 1/4파장보다 짧은 길이의 도체가 용량성소자로서 작용하므로, 이둘이 상호 유도관계를 갖는 위치로 배치하는것에 의해 수신대역내에서 공진(동조)시킬 수 있는 가능성을 나타냈으나, 이하 실험데이타를 근거로 그것이 실현할 수 있다는것과 그를 위한 조건에 대하여 설명한다.

제13(b)도, 제14도, 제15도는 안테나 소자를 제13(b)도에 표시한 바와같이 프런트 필터로부터 30㎜ 떼어서 상하 바향으로 설치하였을시의 측정치를 나타낸다. 또한 소자의 상단은 전면유리의 거의 상한빠듯한 곳에 오도록 하고 있다. 제13(b), 제14,제15도의 데이터는 소자의 길이가 각각 1/4, 1/7, 1/8파장의 경우의 것이며, 1/4파장시에 75MHz 부근에서 실축을 가로 질러져 있고, 공진이 인정된다. 또한 소자의 길이를 1/4파장으로 하였을시 소자의 형태는 전면유리의 상하 방향의 제약으로부터 상단에 60㎝의 곳에서 필러측으로 직각으로 구부려서 횡향으로 신장시키고 나서 또위로 상승시키는 형태, J자형의 패턴에서 측정하였다.

평행하는 소자의 간격은 에지부에서 10㎜로 하였다.

다음에 제16도는 소자 길이를 1/6파장(60.2㎝)로 한대의 측정치이며, 제17도는 길이가 동일하며 동박폭은 10㎜로부터 5㎜로 변경하였을시의 측정치이다.

제18도는 동박의 폭을 10㎜, 길이는 1/6파장으로하여 별도의 자동차를 사용하여 측정한 값이며, 필러로부터 소자의 거리(D)를 변화시키고 있다. 데이타는 선도의 외주측을부터 D=35㎜, 55㎜, 110㎜의 순서로 표시되어 있고 이 자동차의 경우 D=110㎜시에 안테나 임피던스가 동축 케이블의 임피던스에 매우 근접된 것으로 되어 있는 것을 알수 있다.

이상의 결과에서 자동차의 차종, 안테나소자의 종류에 의해서 약간의 변동은 있다고 하나 필러의 근방에 1/4파장 이하의 길이로 안테나 소자를 설치하면 소자길이가 1/4파장보다 상당히 짧더라도 수신주파수 대역내에서 공진시켜지는점 또 안테나의 임피던스를 동축케이블의 임피던스에 근접시킬 수 있다는 것이 명백하다.

제18도의 데이타로부터 이 안테나의 출력단자에 75Ω의 동축케이블을 직접 접속여 사용할 수 있는 것은 명백하나, 제26도에 표시한 바와같은 버퍼 증폭기를 통하여 수신기의 안테나 입력회로에 접속시키면 수신대역내에서 안테나 임피던스가 변화하므로써 임피던스의 미스 매칭으로 인한 로스를 방지할 수 있다.

버퍼 증폭기를 사용할 경우에는 이 회로부를 소형의 하우징에 수납하여 안테나의 출력단자의 곁에 설치하고 또한 회로의 접시를 안테나 단독으로 사용할때와 동일하게 안테나 소자의 출력단자의 극히 근방에서 차체의 금속부에 접속하므로 바람직하지 않다.

또한 제25도의 회로에서는 버퍼 증폭기에 대한 전원(Vcc)을 공급하기 위한 선이 신호선외에 필요하나, 제26도와 같이하면 버퍼 증폭기와 수신기를 동축케이블로 접속하고, 전원전압(Vcc)을 신호선에 중첩하여 보냄으로써 리이드선의 수를 감소시킨다. 동도중 C6,C7은 직류저지용 콘덴서, CH₁, CH₂는 신호를 저지하기 위한 쵸오크코일이다.

다음에 제24도는 본원의 안테나와 종래의 사용되고 있는 휩형의 안테나의 감도를 비교한 것으로서 각 안테나 모두 버퍼증폭기가 없는 조건으로 측정하고 있다.

측정은 FM 방송 대역내의 3개의 주파수에 있어서 수신기의 검파출력이 NS비가 30dB로 되기위하여 필요한 시험용의 송신측 안테나 입력의 값은 얼마인가라는 형태로 측정한 것이다.

따라서 그래프에서 아래쪽에 표시된 안테나일수록 감도가 높은것으로 된다. 제24도에서 (1)은 자동차의 필러부로부터 인출되는 형식의 안테나로서 길이를 90㎝로 한것. (2)는 본원이 안테나, (3)은 차의 지붕에 설치된 90㎝의 횝 안테나, (4)는 안테나를 전부 인출하여 138㎝로 한 것이다.

이 그래프에서 본원의 안테나가 종래의 양질의 횝식 안테나와 동등한 감도를 가지고 있는것이 표시되어 있다.

제20도 및 제21도는 본원 안테나의 지향특성이며 제22도와 제23도와 마찬가지로 각각 송신측 안테나를 수직편파, 수평편파로 하였을시의 특성이다.

제31도는 본원의 다른 실시예를 나타내는 것으로 안테나 소자를 단순히 구형의 금속박이나 와이어가 아니고 소자 자체를 도형, 문자의 형태로하고 각도형 문자등을 가는 도전부재로 접속시킨것으로서, 도형 전체의 길이가 소정의 길이로 되어 있으면 통상의 안테나 소자와 같은 성능을 얻어진다.

이 패턴은 상기와 같은 독립된 도형사이를 도전부재로 접속시켜도 좋고 혹은 붓으로 쓴것과 같은 도형으로 하며 금속박보다 프레스의 공정에서 타발하는 것도 용이하게 할 수 있다.

도형의 위에 인쇄를 함으로써 도형을 눈에 띄게한다던가, 필름부를 무생투명의 아니고, 착색한것을 사용한다던가, 도형이외의 부분을 도형과 다른색으로 인쇄함으로써 그것과의 대비에 의해서 보다 도형을 눈에 띄게하는 것은 공지의 방법의 조합에 의해서 용이하다.

또한 필름부를 무색투명으로 한것은 도형이외의 부분은 시계의 방해로 되지 않는다고하는 이점이 있다.

이상 설명한 바와같이 본 발명은 자동차의 필러부가 FM 방송의 주파수 대역에 있어서 유도성 소자로서 작용한다는것 또 1/4파장 이하의 안테나 소자가 용량성 소자로서 작용하는 것에 착안하여 이 안테나 소자를 필러의 근방에 설치하므로서 2개의 소자사이의 상호 작용을 시켜수신 대역내에서 공진 시키므로써 완성된 것이며 1/4파장 이하의 길이의 소자를 차내에 부착함으로써 차밖으로 돌출하는 형식의 1/4파장의 길이를 가진 횝 안테나와 동등의 성능을 얻는 것이다. 또 부착도 용이하다.

또 안테나 소자의 형상을 문자·도형의 형태를 조합한것으로 함으로써 안테나로서의 기능과 함게 차의 소유자의 이름이라던가, 어떤 멧세지를 전달한다던가 여러가지의 용도에 불필요한 공간을 두지 않고 이용할 수 있다.

Claims (1)

1. 전면유리(1), 유면유리 또는 측면유리 등의 측부에 금속등의 도전부를 가진 필러(7)를 구비한 차량에 설치되는 안테나 장치로서, 상기 필러로부터 소정거리를 두고 상기 필러에 근접하여 안테나 소자(2)를 상기유리의 표면을 다라서 도는 상기 유리중에 설치한 것을 특징으로 하는 차량용 안테나 장치.

Images