WO2017141635A1 - アンテナ装置 - Google Patents

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WO2017141635A1
WO2017141635A1 PCT/JP2017/002191 JP2017002191W WO2017141635A1 WO 2017141635 A1 WO2017141635 A1 WO 2017141635A1 JP 2017002191 W JP2017002191 W JP 2017002191W WO 2017141635 A1 WO2017141635 A1 WO 2017141635A1
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plate
tel
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寺下 典孝
元久 小野
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株式会社ヨコオ
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Definitions

  • the present invention relates to an antenna device including two or more antennas in a common case.
  • In-vehicle antenna devices have a movement to mount information communication antennas such as TEL antennas in addition to broadcast reception antennas such as AM / FM antennas (for example, Patent Document 1 below).
  • the present invention has been made in recognition of such a situation, and an object of the present invention is to provide an antenna device that includes a plurality of antennas in a common case and can be reduced in size while suppressing a decrease in antenna gain. There is to do.
  • One embodiment of the present invention is an antenna device.
  • This antenna device A first antenna and a second antenna provided in a common case;
  • the second antenna has a plate shape and is located above the first antenna.
  • the first antenna is arranged avoiding a voltage maximum point of a standing wave in the frequency band of the first antenna generated in the second antenna.
  • the first antenna may be located or extended in a range in which a horizontal distance from a voltage minimum point of the standing wave generated in the second antenna is within 1/8 of the wavelength of the standing wave. Good.
  • the second antenna has a first plate-like portion located above the first antenna,
  • the first antenna is located below a central portion of the first plate-shaped portion,
  • the length of the first plate-shaped portion may be an odd multiple of 1/2 of the wavelength of the frequency band of the first antenna.
  • the second antenna is electrically connected to the first plate-like portion through a first plate-like portion located above the first antenna and a filter portion that cuts off a frequency band of the first antenna. You may have a 2nd plate-shaped part.
  • the second antenna includes a first plate-like portion located above the first antenna, and a second plate-like portion electrically connected to the first plate-like portion via a meander line. May be.
  • the first plate-like portion and the second plate-like portion may be arranged separately in the front-rear direction.
  • At least a portion located above the first antenna may be divided in the left-right direction.
  • a helical element electrically connected to the second antenna may be provided.
  • the helical element may circulate spirally and elliptically when viewed from the direction of its own winding axis.
  • a base that forms a housing space for the first and second antennas together with the case;
  • the first antenna may have a portion that is substantially perpendicular to the base.
  • the first antenna may be a TEL antenna, a TV antenna, a keyless entry antenna, an inter-vehicle communication antenna, or a WiFi antenna
  • the second antenna may be an AM / FM antenna or a DAB reception antenna.
  • a helical element electrically connected to the second antenna may be arranged so as to be shifted from the center in the left-right direction of the case holding the second antenna.
  • the winding axis may be inclined with respect to the vertical direction.
  • the helical element may not overlap with the second antenna in the vertical direction.
  • a holder for holding the helical element may be provided, and the holder may hold the helical element from the outer peripheral side or from the inner peripheral side.
  • the holder may include a groove for holding the helical element.
  • the base may have a step on the lower surface.
  • the helical element may include a first helical element and a second helical element that is grounded via a filter unit that cuts off a frequency band of the first antenna.
  • a conductor leaf spring for sandwiching the first antenna may be provided, and the portion of the first antenna sandwiched between the conductor leaf springs or the conductor leaf spring may have a protrusion.
  • the third antenna may be covered with a parasitic element at the top.
  • a second filter unit that increases the impedance of the TEL band may be provided between the first helical element and an amplifier that amplifies the frequency of the second antenna.
  • One and the other of the second antenna divided in the left-right direction may be connected in the left-right direction.
  • the first antenna may extend upward from between one and the other of the second antenna divided in the left-right direction.
  • an antenna device that includes a plurality of antennas in a common case and can be reduced in size while suppressing a decrease in antenna gain.
  • the schematic diagram of the antenna apparatus 1 which concerns on Embodiment 1 of this invention.
  • the relationship between the frequency of the TEL antenna 2 of the antenna device 1 and the average gain is shown together with the relationship between the frequency of the TEL antenna 2 alone (without the capacitive loading element 3) and the average gain (solid line).
  • Characteristic diagram In the antenna device 1, when the TEL antenna 2 is arranged directly below the central position in the front-rear direction of the capacitive loading element 3, the total length (front-rear direction length L) of the capacitive loading element 3 and the average gain of the TEL antenna 2 at 1900 MHz A characteristic diagram by simulation showing the relationship.
  • the longitudinal length L of the capacitive loading element 3 when the longitudinal length L of the capacitive loading element 3 is ⁇ / 2, the longitudinal distance x from the front end of the capacitive loading element 3 to the central position in the longitudinal direction of the TEL antenna 2 and the TEL antenna at 1900 MHz The characteristic view by simulation which shows the relationship with the average gain of 2.
  • FIG. 1 In the antenna device 1, when the longitudinal length L of the capacitive loading element 3 is ⁇ , the longitudinal distance x from the front end of the capacitive loading element 3 to the central position in the longitudinal direction of the TEL antenna 2 and the TEL antenna 2 at 1900 MHz The characteristic view by simulation which shows the relationship with an average gain.
  • the schematic diagram of 1 A of antenna apparatuses which concern on Embodiment 2 of this invention.
  • the exploded perspective view of antenna device 1A The schematic diagram of 1 A of antenna apparatuses which concern on Embodiment 2 of this invention.
  • FIG. 4 is an enlarged side cross-sectional view showing a periphery of a fitting portion when a tongue piece portion 3c is provided at the rear end portion of the capacitive loading element 3 and fitted with a groove portion 6a of an inner case 6;
  • FIGS. 10A to 10F are perspective views showing an assembling process of the helical element 5, the holder 7, and the TEL antenna substrate 4.
  • FIG. 11 (A) to 11 (C) show the TEL antenna 2 and the helical element 5 when the helical shape of the helical element 5 is a circle, a long ellipse in the left-right direction, and a long ellipse in the front-rear direction.
  • FIG. 3 is a schematic plan view showing a relative positional relationship. The expanded sectional view which shows the holding state of the TEL antenna board
  • the schematic diagram of the antenna apparatus 1B which concerns on Embodiment 3 of this invention.
  • the relationship between the frequency of the TEL antenna 2 of the antenna device 1A of the second embodiment and the antenna device 1B of the third embodiment and the average gain (broken line and alternate long and short dash line) is expressed as a single TEL antenna 2 (when there is no capacitive loading element 3).
  • the relationship between the frequency of the TEL antenna 2 and the average gain in each of the case where the capacitive loading element 3 is divided into the first plate-like portion 3a and the second plate-like portion 3b and the case where it is not divided into the front and rear portions is shown.
  • FIG. 1 The schematic diagram of the antenna apparatus which concerns on the comparative example 1.
  • FIG. 2 The schematic diagram of the antenna apparatus which concerns on the comparative example 2.
  • FIG. The relationship between the frequency of the TEL antenna 2 and the average gain of the antenna devices of Comparative Examples 1 and 2 (broken line and alternate long and short dash line) is the relationship between the frequency of the TEL antenna 2 alone (without the capacitive loading element 3) and the average gain ( A characteristic diagram by simulation shown with a solid line).
  • the characteristic view by simulation which shows the relationship between the separation distance (distance between antennas) from the capacitive loading element 3, and an average gain in the TEL antenna 2 of a comparative example.
  • the characteristic view by simulation which shows the relationship between the frequency of the FM wave band of an AM / FM antenna, and an average gain in each of the case where the capacitive loading element 3 has the notch 3d and the case where it does not have.
  • the front sectional view of antenna apparatus 1D which concerns on Embodiment 5 of this invention. Relationship between frequency and average gain of the AM / FM antenna when the capacitive element 3 is divided into a left plate portion 3e and a right plate portion 3f and left and right portions are not divided.
  • the characteristic figure by simulation which shows.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an antenna device 1 according to the first embodiment.
  • the front, rear, top, bottom, left and right directions in the antenna device 1 are defined.
  • the direction perpendicular to the vertical direction is the horizontal direction.
  • the front-rear direction is the longitudinal direction of the antenna device 1
  • the left-right direction is the width direction of the antenna device 1.
  • the forward direction is the traveling direction when the antenna device 1 is attached to the vehicle, and the left-right direction is determined based on the state of looking forward, which is the traveling direction.
  • the antenna device 1 is for in-vehicle use and is attached to the roof of a vehicle.
  • the antenna device 1 includes an AM / FM antenna having a TEL antenna 2 as a first antenna, a capacitive loading element 3 as a second antenna, and a helical element (AM / FM coil) 5 in a case (not shown).
  • the capacity loading element 3 and the helical element 5 make it possible to receive AM / FM broadcasts.
  • the TEL (Telephone) antenna 2 is a conductor pattern on a substrate, for example.
  • the frequency band of the TEL antenna 2 is a PCS (Personal Communications Service) band.
  • the frequency of the PCS band is in the range of 1850 to 1990 MHz, but here, 1900 MHz which is the center frequency of the PCS band is adopted as a representative value.
  • the TEL antenna 2 exists in a plane parallel to the front-rear direction and the vertical direction.
  • the TEL antenna 2 is preferably a wideband antenna capable of transmitting and receiving an AMPS band (Advanced Mobile Mobile Phone System) / PCS band.
  • the frequency of the AMPS band is 824 to 894 MHz.
  • the capacity loading element 3 is a plate-like component formed by processing a metal plate (conductor plate) such as stainless steel.
  • the capacitive loading element 3 is located above the TEL antenna 2.
  • the longitudinal length L of the capacitive loading element 3 is preferably 1/2 of the wavelength ⁇ . It is a natural number multiple.
  • the wavelength ⁇ is the wavelength of the PCS band (TEL band).
  • the longitudinal length L of the capacitive loading element 3 is preferably an odd multiple of 1 ⁇ 2 of the wavelength ⁇ . In the example of FIG.
  • the current distribution in the PCS band generated in the capacitive loading element 3 is indicated by a broken line.
  • the position at which the current distribution is minimized that is, the front end and the rear end of the capacitive element 3 in the example of FIG.
  • the position where the current distribution is maximized that is, the center position in the front-rear direction of the capacitive element 3 in the example of FIG.
  • the capacity loading element 3 has an electrical length that does not resonate with respect to the AMPS band.
  • the TEL antenna 2 may be located below the capacitive loading element 3 as far as AMPS band transmission / reception is concerned. Even if it arrange
  • the distance x in the front-rear direction from the front end of the capacitive loading element 3 to the central position in the front-rear direction of the TEL antenna 2 is preferably TEL so as to avoid the voltage maximum point of the standing wave of the PCS band generated in the capacitive loading element 3.
  • the central position of the antenna 2 in the front-rear direction is positioned within the range of ⁇ / 8 from the voltage minimum point or the voltage minimum point of the capacitive loading element 3, or the voltage minimum point or voltage minimum of the capacitive loading element 3 It is determined to extend within a range of ⁇ / 8 from the point.
  • FIG. 2 shows the relationship between the frequency and average gain of the TEL antenna 2 of the antenna device 1 (one-dot chain line), together with the relationship between the frequency and average gain of the TEL antenna 2 alone (in the absence of the capacitive loading element 3) (solid line). It is a characteristic view by simulation shown.
  • the characteristics of the alternate long and short dash line shown in FIG. 2 are those in the case where the TEL antenna 2 is arranged so that its center in the front-rear direction is located directly below the voltage minimum point of the capacitive element 3.
  • antenna gain characteristics comparable to those of the TEL antenna 2 alone can be obtained.
  • FIG. 3 shows the total length (front-rear direction length L) of the capacitive loading element 3 and the TEL antenna 2 at 1900 MHz when the TEL antenna 2 is arranged directly below the center position in the front-rear direction of the capacitive loading element 3 in the antenna device 1. It is a characteristic view by simulation which shows the relationship with an average gain.
  • the average gain is greatly reduced when the longitudinal length L of the capacitive loading element 3 is in the vicinity of ⁇ and 2 ⁇ .
  • the longitudinal length L of the capacitive loading element 3 is ⁇ and 2 ⁇ , This is because the center position in the front-rear direction of the TEL antenna 2 is immediately below the voltage maximum point of the capacitive element 3.
  • the center position of the TEL antenna 2 in the longitudinal direction is the minimum voltage point or voltage of the capacitive loading element 3.
  • ⁇ / 4 shows a longitudinal distance x from the front end of the capacitive loading element 3 to the longitudinal center position of the TEL antenna 2 when the longitudinal length L of the capacitive loading element 3 in the antenna device 1 is ⁇ / 2. It is a characteristic view by simulation which shows the relationship with the average gain of the TEL antenna 2 in 1900 MHz.
  • ⁇ / 4 on the horizontal axis corresponds to the voltage minimum point of the capacitive loading element 3.
  • a good antenna gain of 3 dBi or more is obtained.
  • FIG. 5 shows the longitudinal distance x from the front end of the capacitive loading element 3 to the center position in the longitudinal direction of the TEL antenna 2 when the longitudinal length L of the capacitive loading element 3 is ⁇ in the antenna device 1 and at 1900 MHz. It is a characteristic view by simulation which shows the relationship with the average gain of the TEL antenna.
  • ⁇ / 4 and 3 ⁇ / 4 on the horizontal axis correspond to the voltage minimum point of the capacitive element 3.
  • the longitudinal distance x from the front end of the capacitive loading element 3 to the longitudinal center position of the TEL antenna 2 is ⁇ / 8 ⁇ x ⁇ 3 ⁇ / 8 or 5 ⁇ / 8 ⁇ x ⁇ 7 ⁇ / 8.
  • a good antenna gain of about 3 dBi or more is obtained.
  • the TEL antenna 2 since the TEL antenna 2 is located below the capacitive loading element 3 in the antenna device 1, the TEL antenna 2 avoids the lower side of the capacitive loading element 3 and from the lower side of the capacitive loading element 3 in the front-rear direction. As compared with the case where the two are separated from each other (Comparative Example 1 described later), the size can be reduced. Moreover, since the center position in the front-rear direction of the TEL antenna 2 is separated in the front-rear direction from the vicinity of the voltage maximum point of the capacitive loading element 3, it is possible to suppress a decrease in antenna gain.
  • the antenna gain comparable to that of the TEL antenna 2 alone. It becomes.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of an antenna device 1A according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the configuration of the antenna device 1A shown in FIG. 6 is different from that shown in FIG. 1 in that the capacitive loading element 3 includes a second plate-like portion 3b and the first plate-like portion 3a of the capacitive loading element 3 (capacitor shown in FIG. This corresponds to the entire loading element 3) and the second plate-like portion 3 b are connected to each other by the filter 16, and is identical in other points.
  • the filter 16 is a band elimination filter (BEF).
  • BEF band elimination filter
  • the filter 16 is a BEF that blocks a frequency band near the transmission / reception frequency band of the TEL antenna 2.
  • the overall size of the capacitive loading element 3 can be increased, and the performance in the AM / FM band can be improved.
  • FIG. 7 is an exploded perspective view of the antenna device 1A.
  • FIG. 13 is a right side view of the antenna device 1A.
  • FIG. 14 is a right sectional view of the antenna device 1A. 7 and 14, the illustration of the outer case 20 shown in FIG. 13 is omitted.
  • the first plate-like portion 3a and the second plate-like portion 3b of the capacitive loading element 3 are attached (screwed) to the upper portion of the inner case 6 by screws 101 and 102, respectively.
  • the capacitive loading element 3 is SUS (stainless steel) in terms of rust prevention, but a conductor sandwiched between insulating films may be attached to the inner case 6 as the capacitive loading element 3.
  • the capacitive loading element 3 may be printed as a conductive pattern on a flexible substrate. Further, the capacity loading element 3 may be formed by depositing metal powder on the inner case 6.
  • the capacity loading element 3 is formed in a shape whose cross section is convex upward, and is disposed substantially parallel above the base 10 to be described later with the longitudinal direction being the front-rear direction.
  • the capacity loading element 3 has a plurality of tongue pieces 3c (four each on the left and right sides) substantially vertically in the lower part to prevent the inner case 6 from spreading in the left-right direction.
  • the capacitive load element 3 is held by the inner case 6 by the tongue piece 3 c being sandwiched between the grooves 6 a provided in the inner case 6.
  • the tongue piece portion 3c substantially vertically below the capacitive loading element 3, the surface facing the ground can be reduced as compared with the shape in which the tongue piece portion is provided in the left-right direction, so that stray capacitance can be reduced and AM / FM It is possible to prevent a decrease in gain of the antenna.
  • the capacity loading element 3 may have a tongue piece portion 3 c at the upper rear end, and may be sandwiched between the groove portions 6 a of the inner case 6 provided at the corresponding position.
  • a tongue piece 3c may be provided at the upper front end of the capacitive loading element 3 and similarly sandwiched between the grooves 6a of the inner case 6.
  • the capacity loading element 3 may be attached to the inner case 6 by welding or adhesion. Further, the capacity loading element 3 has either one of the first plate-like portion 3a and the second plate-like portion 3b screwed on the upper part of the inner case 6, and the other is not screwed to the inner case 6 by integral molding or the like. It may be held. Both the first plate-like portion 3a and the second plate-like portion 3b may be held in the inner case 6 without being screwed by integral molding or the like.
  • the inner case 6 is made of a radio wave-transmitting synthetic resin (molded product made of a resin such as ABS resin).
  • the inner case 6 is attached to the base 10 with six screws 103.
  • the inner case 6 is covered with an outer case 20 as shown in FIG. That is, the antenna device 1 ⁇ / b> A includes the TEL antenna 2 and the capacitive loading element 3 in a common outer case 20.
  • the TEL antenna 2 is a conductor pattern provided on the TEL antenna substrate 4 and can transmit and receive the AMPS band / PCS band.
  • the TEL antenna substrate 4 is erected on the amplifier substrate 9 so as to be substantially perpendicular to the base 10 and substantially parallel to the longitudinal direction of the capacitive loading element 3. That is, the TEL antenna 2 is substantially perpendicular to the base 10.
  • the TEL antenna substrate 4 is provided with a helical element 5, a filter 16, and terminal portions 17 and 18.
  • the pair of connection plates 13 are respectively attached to the inner case 6 by screws 104, and the first plate-like portion 3a and the second plate-like portion 3b of the capacitive loading element 3 and the pair of terminal portions 17 are electrically connected to each other. Connecting.
  • the pair of terminal portions 18 are sandwiched and electrically connected by a pair of conductor leaf springs (terminals) 9 a provided on the amplifier substrate 9.
  • the lower end of the TEL antenna 2 is sandwiched and electrically connected to the conductor plate spring 9b of the amplifier board 9.
  • the holder 7 is attached to the inner case 6 with two screws 105 while holding the TEL antenna substrate 4.
  • the TEL antenna 2 is positioned substantially at the center in the left-right direction of the antenna device 1A, and interference with the capacitive loading element 3 is suppressed, so that AM / FM performance can be improved. improves.
  • the helical element 5 is offset (shifted) in the right direction in FIG. 7, and the winding axis (center axis) of the helical element 5 is substantially parallel to the vertical direction and substantially vertical to the horizontal direction.
  • the amplifier board 9 is attached to the base 10 with nine screws 106.
  • conductor leaf springs 9a and 9b On the amplifier board 9, conductor leaf springs 9a and 9b, a GPS (Global Positioning System) antenna 21, an XM (satellite radio broadcast) antenna 22, and an AM / FM / XM / GPS amplifier and a TEL matching circuit (not shown) are provided.
  • the waterproof pad (watertight sealing material) 8 is an annular elastic member such as an elastomer or rubber, and is provided on the base 10. The waterproof pad 8 is pressed over the entire circumference by the lower end portion of the inner case 6 fixed to the base 10 with screws or the like, and seals between the base 10 and the inner case 6 in a watertight manner.
  • the seal member 15 is an annular elastic member such as an elastomer, urethane, or rubber, and is sandwiched between the lower surface of the base 10 and a vehicle body (for example, a vehicle roof) to which the antenna device 1A is attached, and water-tightly seals between the two. Stop.
  • Bolts (vehicle body mounting screws) 11 are screwed into the base 10 via washers 12 and holders 14 to fix the antenna device 1A to a vehicle roof or the like.
  • the connector 9c provided on the lower surface of the amplifier board 9 is directly drawn out from the connector hole 10b (FIG. 7) of the base 10. Since the connector 9c protrudes from the connector hole 10b of the base 10, it is not necessary to prepare various cables depending on the shape of the vehicle, and the cost can be reduced.
  • the base 10 In the vicinity of the capture portion (washer 12) of the base 10 that acquires the ground with the vehicle (in the present embodiment, in the vicinity of the center in the left-right direction of the base 10), the base 10 has a structure having a step in the downward direction. Specifically, as shown in FIG. 14, the lower surface of the base 10 is a convex portion 10 a in which the inner side of the seal member 15 protrudes downward as compared with the outer side. With this structure, the gap between the base 10 and the vehicle can be reduced in the vicinity of the capture portion of the base 10 to increase capacitive coupling.
  • the convex portion 10a Due to the structure of the convex portion 10a, the gap between the base 10 and the vehicle is large except near the capture portion, so that the capacitive coupling becomes small, and even if the amount of change in the capacitive coupling is large, the amount of change in the generation frequency of unnecessary resonance is small. Not so big. For this reason, it becomes possible to deal with vehicle roofs having various curvatures. Note that the convex portion 10 a may extend to the outside of the seal member 15. It is desirable that the unnecessary resonance be prevented from being generated in the 700 MHz to 960 MHz band.
  • the frequency band of each antenna is as follows: XM antenna 22 is 2.3 GHz band, GPS antenna 21 is 1.5 GHz band, TEL antenna 2 is 700 MHz to 900 MHz band, 1.7 GHz to 2.1 GHz band, 2.5 GHz to 2.6 GHz.
  • the band and the helical element 5 are 522 kHz to 1710 kHz (for AM) and 76 MHz to 108 MHz (for FM). here, 1.
  • the distance between the GPS antenna 21 and the XM antenna 22 and the TEL antenna 2 is increased in order to achieve mutual isolation. There is a need. Therefore, by arranging the connector 9c between the arrangement space of the GPS antenna 21 and the XM antenna 22 and the arrangement space of the TEL antenna 2, mutual isolation can be secured and the arrangement space can be reduced.
  • the reason why the XM antenna 22 is arranged in front of the GPS antenna 21 is to arrange the XM antenna 22 from the front in descending order of frequency and suppress interference between antennas arranged in the vicinity.
  • the wavelength of the XM antenna 22 is smaller than that of the GPS antenna 21, and thus the size of the TEL antenna 2 cannot be ignored. This is because the interference becomes larger than when the GPS antenna 21 is arranged near the TEL antenna 2. 2.
  • the bolt 11 is screwed to the base 10 near the center in the front-rear direction and the left-right direction of the antenna device 1A so that the gap between the antenna device 1A and the vehicle roof does not become large.
  • Part) 12 claw tips have an electrical ground with the vehicle.
  • the TEL antenna 2 is connected to the vehicle equipment via a connector 9c directly drawn out from a hole in the base 10 adjacent to the bolt 11 and a cable (not shown).
  • a connector 9c directly drawn out from a hole in the base 10 adjacent to the bolt 11 and a cable (not shown).
  • the antenna device 1A has a higher vertical direction from the front to the rear.
  • the reason why the vertical height of the XM antenna 22 and the GPS antenna 21 is low is that the desired frequency is high and the wavelength is short, so that the size can be reduced.
  • the XM antenna 22, the GPS antenna 21, the TEL antenna 2, and the helical element 5 are arranged in this order from the front.
  • FIG. 11 (A) to 11 (C) show the TEL antenna 2 and the helical element 5 when the helical shape of the helical element 5 is a circle, a long ellipse in the left-right direction, and a long ellipse in the front-rear direction. It is a typical top view which shows a relative positional relationship.
  • the helical element 5 circulates in a spiral shape and circulates in a substantially perfect circle shape (FIG. 11A) in the example of FIG. 7 when viewed from the vertical direction (winding axis direction). As shown in FIG. 11C, it may circulate in an elliptical shape.
  • FIG. 11C it may circulate in an elliptical shape.
  • the effect of being elliptical is the following two points. 1.
  • the helical shape of the helical element 5 may be a polygonal shape such as a rectangle.
  • the helical element 5 is offset (shifted) in the right direction from the center in the left-right direction of the antenna device 1A in the example of FIG. 7, but may be located in the center in the left-right direction.
  • the helical element 5 may be inclined (the winding axis of the helical element 5 is not substantially parallel to the vertical direction) with the winding axis (center axis) inclined in the front-rear direction.
  • the distance between the helical element 5 and the TEL antenna 2 can be increased, and the electrical length of the helical element 5 can also be increased.
  • the winding axis of the helical element 5 may be inclined in the left-right direction and be inclined (the winding axis of the helical element 5 is not substantially perpendicular to the left-right direction). The effect by this is the same as the case where it inclines in the front-back direction.
  • the helical element 5 is configured such that the position in the vertical direction does not overlap with the capacitive loading element 3 and the components on the amplifier board 9. Thereby, stray capacitance can be suppressed from appearing between the helical element 5 and the capacitive loading element 3 or between the helical element 5 and the components on the amplifier board 9.
  • FIG. 10 (A) to 10 (F) are exploded perspective views of the helical element 5, the holder 7, and the TEL antenna substrate 4.
  • FIG. The helical element 5 is held by the holder 7 from the outside.
  • the holder 7 has a helical element holding part 7a that accommodates the helical element 5, and the helical element holding part 7a holds the helical element 5 from the outside.
  • the lead portions 5 a of the helical element 5 are inserted into the helical element connection holes 4 a of the TEL antenna substrate 4, respectively.
  • the helical element 5 Since more high-frequency current flows on the inner peripheral side of the helical element 5 than on the outer peripheral side, the helical element 5 is held by the holder 7 from the outside rather than the helical element 5 is held by the holder 7 from the inner side. Loss is unlikely to occur. Furthermore, since the helical element 5 is held by the helical element holding part 7a from the outside, the maximum outer diameter of the helical element 5 does not become larger than the inner diameter of the holder 7, and the fluctuation of the electrical length of the helical element 5 is reduced. Can be suppressed.
  • a groove (not shown) is dug in the inner surface of the helical element holding portion 7a of the holder 7, and the helical element 5 may be arranged so as to be fitted in the groove.
  • the helical element 5 may be held by the holder 7 from the inside. That is, the helical element 5 may have a shape wound around the holder 7. Further, a groove may be formed in the holder 7 so that the helical element 5 can be accommodated in the groove.
  • the effect by this is the same as that of the case where it accommodates in the groove
  • the holder 7 is attached to the TEL antenna substrate 4. Since the holder 7 holds the helical element 5 and is attached to the TEL antenna substrate 4, the positional relationship between the TEL antenna 2 and the helical element 5 is determined, and performance changes due to mutual positional deviation can be prevented. Note that the holder 7 may be omitted if there is no adverse effect on use due to vibration or the like.
  • the position of the feeding point (terminal portion 18) of the helical element 5 is close to the helical element 5.
  • an amplifier (not shown) can be provided on the amplifier substrate 9.
  • the length of the feed line is about 32 mm or less, which is 1/4 of the wavelength of the XM antenna 22, it is possible to suppress a decrease in gain of the XM antenna 22 due to the length of the feed line.
  • the position of the connection point (terminal portion 17) between the capacitive loading element 3 and the helical element 5 is close to the helical element 5, the same effect as described above can be obtained.
  • the longitudinal dimension of the first plate-like portion 3a of the capacitive loading element 3 is about 50 mm, and the electrical length is about half the wavelength of the PCS band. It is not electrical length. Further, the dimension in the front-rear direction of the second plate-like portion 3b of the capacitive loading element 3 is about 23 mm, which is an electrical length that does not resonate in the PCS band. Further, the total length of the first plate portion 3a and the second plate portion 3b of the capacitive loading element 3 is about 80 mm, and the electric length does not resonate in the AMPS band.
  • the parasitic element 25 covers the XM antenna 22 from above by opening a space.
  • the parasitic element 25 is attached to the lower surface of the inner case 6 by welding, for example. Since the XM antenna 22 is covered with the parasitic element 25, the gain in the zenith direction of the XM antenna 22 is increased.
  • the GPS antenna 21 may be covered with the parasitic element 25.
  • the filter 16 electrically divides the first plate-like portion 3a and the second plate-like portion 3b of the capacitive loading element 3 at a high frequency (above the frequency band of the TEL antenna 2), and low frequency (AM / FM) It is a filter that is electrically connected in the frequency band and below.
  • the filter 16 is provided between the first plate-like portion 3 a adjacent to the TEL antenna 2 and the helical element 5, and is provided between the second plate-like portion 3 b not adjacent to the TEL antenna 2 and the helical element 5. It is not done.
  • a high-frequency current may be transmitted from the first plate-like portion 3a through the helical element 5 to the AM / FM amplifier during transmission of the TEL antenna 2.
  • the filter 16 can cut this current. Since the TEL antenna 2 and the second plate-like portion 3b are not close to each other, such a current hardly flows, and the filter 16 is not provided for cost reduction. If attenuation by the filter 16 is insufficient, a filter may be added between the capacitive element 3 and the helical element 5.
  • the TEL antenna substrate 4 and the amplifier substrate 9 are electrically connected at the feeding point by the elasticity of the conductor plate springs 9a and 9b which are M-shaped springs (FIG. 12). If the number of feeding points is increased, the shape of the conductor plate springs 9a and 9b (M-shaped spring shape) is not stable and the contact resistance is often not stable. Furthermore, the contact resistance of the conductor leaf springs 9a and 9b may be different depending on the assembly intersection. For this reason, as shown in FIG. 12, the conductor plate springs 9a and 9b are formed by providing protrusions 9d facing each other inside the conductor plate springs 9a and 9b, which are M-shaped springs, and sandwiching the TEL antenna substrate 4 by the protrusions 9d.
  • protrusions may be provided on the TEL antenna substrate 4 side. Furthermore, you may provide a protrusion in both. The same applies to the connection point between the capacitive loading element 3 and the TEL antenna substrate 4 (interconnection portion between the connection plate 13 and the TEL antenna substrate 4).
  • FIG. 16 is a connection circuit diagram (part 1) of the antenna device 1A.
  • the first plate-like portion 3a and the second plate-like portion 3b of the capacitive loading element 3 and the helical element 5 constitute a zenith capacitive loading type inverted F antenna, and AM / FM broadcast waves received by the inverted F antenna are amplified. It is transmitted to the substrate 9.
  • the helical elements 5 (L1 to L3) constituting the inverted F antenna, one end of the helical element L1 is connected to the second plate-shaped portion 3b and to one end of the filter 16.
  • the other end of the helical element L1 is connected to one end of the helical elements L2 and L3.
  • the other end of the helical element L2 is connected to a feeding point.
  • the other end of the helical element L3 is connected to one end of the filter 19.
  • the other end of the filter 19 is connected to the ground.
  • the impedance and resonance frequency of the antenna can be adjusted depending on how the inductance relationship of the helical elements 5 (L1 to L3) constituting the inverted F antenna is made. Specifically, the impedance of the antenna can be adjusted by the inductance of the helical element 5 (L3) connected to the ground. Increasing the inductance decreases the impedance, and decreasing the inductance increases the impedance. Further, the resonance frequency can be adjusted by adjusting the inductances of the other two helical elements 5 (L1, L2).
  • the inductance of each helical element 5 has a relationship of L1 ⁇ L2 ⁇ L3.
  • An example of specific numerical values is L1: 127 nH, L2: 425 nH, L3: 929 nH.
  • the AM / FM antenna system may be reverse L or short brown at the tip.
  • the filter 19 is an FM band bandpass filter (BPF: Band Pass Filter). Since the AM band is not received when the ground antenna is connected due to the inverted F antenna, a filter 19 that passes only the FM band is loaded in order to reduce deterioration of the AM band.
  • BPF Band Pass Filter
  • FIG. 17 is a connection circuit diagram (part 2) of the antenna device 1A.
  • the circuit of FIG. 17 is different from that of FIG. 16 in that a filter 26 as a second filter is provided between the helical element 5 and the amplifier substrate 9.
  • the filter 26 is provided not on the amplifier substrate 9 side but on the TEL antenna substrate 4 side.
  • the filter 26 may be a parallel resonant circuit of a chip inductor and a chip capacitor, or may be a chip inductor whose self-resonant frequency is close to a desired frequency band of the TEL antenna 2. Instead of the chip component, the helical element 5 itself may have this function. It is desirable that the harmonics be prevented from being generated in the 700 MHz to 960 MHz band.
  • FIG. 19 shows the relationship between the frequency and average gain (dashed line and alternate long and short dash line) of the TEL antenna 2 of the antenna device 1A of the second embodiment and the antenna device 1B of the third embodiment to be described later. It is a characteristic view by simulation shown with the relationship (a continuous line) of the frequency and average gain of the case where there is no element 3). From FIG. 19, the antenna gain of the TEL antenna 2 of the antenna device 1A of the present embodiment is the same as the antenna gain of the TEL antenna 2 of the antenna device 1 of the first embodiment (FIG. 2). It was as good as that.
  • FIG. 20 shows the frequency and average gain of the TEL antenna 2 when the capacitive loading element 3 is divided into the first plate-like portion 3a and the second plate-like portion 3b and when it is not divided into the front and the rear. It is a characteristic view by actual measurement which shows a relationship.
  • the capacitive loading element 3 is divided into the first plate-like portion 3a and the second plate-like portion 3b in the front-rear direction, so that the interference between the capacitive loading element 3 and the TEL antenna 2 is prevented.
  • the average gain of the TEL antenna 2 can be ensured.
  • interference can be further suppressed.
  • the work efficiency at the time of manufacture deteriorates and the circuit becomes complicated, and the cost increases. For this reason, it is desirable to divide the capacitive loading element 3 into two in the front-rear direction as in the antenna device 1A.
  • FIG. 18 is a schematic diagram of an antenna device 1B according to Embodiment 3 of the present invention.
  • An antenna device 1B shown in FIG. 18 includes a meander line 23 instead of the filter 16 of the antenna device 1A shown in FIG.
  • the meander line 23 connects the first plate-like portion 3a and the second plate-like portion 3b of the capacitive loading element 3 to each other.
  • Other points of the present embodiment are the same as those of the second embodiment.
  • the antenna gain of the TEL antenna 2 of the antenna device 1B of the present embodiment is similar to that of the TEL antenna 2 of the antenna device 1A of the second embodiment. The same good characteristics were obtained.
  • FIG. 21 is a schematic diagram of an antenna device according to Comparative Example 1. This antenna device is different from that of the first embodiment shown in FIG. 1 in that the TEL antenna 2 is separated from the capacitive element 3 in the front-rear direction, specifically, the center of the TEL antenna 2 in the front-rear direction. The position differs from the front end of the capacitive loading element 3 by 30 mm, and the other points coincide.
  • FIG. 23 shows the relationship between the frequency and average gain of the TEL antenna 2 of the antenna device of Comparative Example 1 and Comparative Example 2 described later (broken line and alternate long and short dash line) for the TEL antenna 2 alone (without the capacitive loading element 3). It is a characteristic view by simulation shown with the relationship (solid line) of a frequency and an average gain. From FIG. 23, the antenna gain of the TEL antenna 2 of the antenna device of Comparative Example 1 is as good as that of the TEL antenna 2 alone. However, since the TEL antenna 2 is spaced forward from the capacitive element 3, the antenna device becomes large.
  • FIG. 22 is a schematic diagram of an antenna device according to Comparative Example 2. This antenna device is different from that of the first embodiment shown in FIG. 1 in that the center position in the front-rear direction of the TEL antenna 2 is coincident with the front end of the capacitive loading element 3, and is identical in other points. .
  • the separation distance from the front end of the capacitive loading element 3 at the center position in the front-rear direction of the TEL antenna 2 in Comparative Example 1 is set to 0 mm.
  • the antenna device can be downsized, but by being affected by the capacitive loading element 3, as shown in FIG.
  • the antenna gain of the TEL antenna 2 is greatly deteriorated as compared with the case of the TEL antenna 2 alone.
  • FIG. 24 is a characteristic diagram by simulation showing the relationship between the distance from the capacitive element 3 (distance between antennas) and the average gain in the TEL antenna 2 of the comparative example. 30 mm on the horizontal axis corresponds to Comparative Example 1, and 0 mm corresponds to Comparative Example 2. 24, in the technical idea that the TEL antenna 2 is arranged away from the lower side of the capacitive loading element 3 in order to avoid the influence of the capacitive loading element 3, in order to improve the antenna gain of the TEL antenna 2, the TEL antenna 2 needs to be separated from the capacitive loading element 3.
  • the size of the TEL antenna 2 can be reduced while suppressing a decrease in the antenna gain. Can be achieved.
  • FIG. 25 is a perspective view of an antenna apparatus 1C according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 26 is a perspective view in which the inner case 6 is omitted in FIG.
  • the antenna device 1C according to the present embodiment is different from the antenna device 1A according to the second embodiment in that a cut portion 3d is provided in the first plate-like portion 3a of the capacitive loading element 3, and the others. Match in terms of.
  • the first plate-like portion 3a has a shape without a square side (a U-shape or a U-shape) when viewed from above, and the left and right sides except for the rear end portion. It is divided in the direction.
  • the first plate-like portion 3a has a pair of sides facing each other with the notch portion 3d interposed therebetween, and high-frequency currents easily flow in opposite directions to each of the pair of sides. It becomes easy to cancel out higher harmonic components having a frequency higher than that of the FM band excited by 3. For this reason, it is possible to reduce the distance between the antennas having different resonance frequencies (capacitance loading element 3 and TEL antenna 2).
  • FIG. 27 is a characteristic diagram by simulation showing the relationship between the frequency and the average gain of the FM waveband of the AM / FM antenna when the capacitive loading element 3 has the notch 3d and when it does not. .
  • the average gain of the TEL antenna 2 is improved by making the first plate-like portion 3a of the capacitive loading element 3 into a shape without a square side (a U-shape or a U-shape) as described above. be able to. This is because the stray capacitance can be reduced by increasing the separation distance between the capacitive loading element 3 and the TEL antenna 2.
  • the first plate-like portion 3a has a shape without one side of the square (a U-shape or a U-shape)
  • the first plate-like portion 3a is separated from the two plate-like portions separated on the left and right. Compared with the case where it becomes, the work efficiency at the time of attaching the 1st plate-shaped part 3a to the inner case 6 improves. Further, the number of screws can be reduced, leading to cost reduction.
  • FIG. 28 is a front sectional view of an antenna apparatus 1D according to Embodiment 5 of the present invention.
  • the antenna device 1D according to the present embodiment is different from the antenna device 1A according to the second embodiment in that the capacitive loading element 3 is divided into a left plate portion 3e and a right plate portion 3f, and a TEL antenna.
  • the substrate 4 and the TEL antenna provided on the substrate 4 protrude upward from between the left plate-like portion 3e and the right plate-like portion 3f, and the other points coincide. Since the capacitive loading element 3 is divided into left and right, stray capacitance appearing between the capacitive loading element 3 and the TEL antenna 2 can be suppressed, and the performance in the AM / FM band can be improved.
  • FIG. 29 shows the frequency and average of the FM waveband of the AM / FM antenna when the capacitive loading element 3 is divided into left and right plate-like parts 3e and 3f and left and right. It is a characteristic view by simulation which shows the relationship with a gain. In the case of the left and right division in FIG. 29, it is assumed that the TEL antenna does not protrude upward from between the left plate upper portion 3e and the right plate upper portion 3f. From FIG. 29, by dividing the capacitive loading element 3 on the left and right, the average gain of the FM wave band of the AM / FM antenna can be improved.
  • the first antenna may be a TV antenna, a keyless entry antenna, an inter-vehicle communication antenna, or a WiFi antenna instead of the TEL antenna 2.
  • the second antenna may be a DAB (Digital Audio Broadcast) receiving antenna instead of the AM / FM antenna.
  • the maximum voltage point of the capacitive element 3 can be changed by adding a slit or a folded shape in addition to the addition of the meander line 23 shown in FIG.

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Abstract

共通のケース内に複数のアンテナを備え、アンテナ利得の低下を抑制しつつ小型化を図ることの可能なアンテナ装置を提供する。 アンテナ装置1は、共通のケース内にTELアンテナ2及び容量装荷素子3を備える。容量装荷素子3は、TELアンテナ2の上方に位置する。容量装荷素子3の長さは、PCS帯の波長の1/2の自然数倍である。TELアンテナ2は、容量装荷素子3に発生するPCS帯の定在波の電圧最大点を避けて配置される。

Description

アンテナ装置
 本発明は、共通のケース内に2つ以上のアンテナを備えるアンテナ装置に関する。
 近年、シャークフィンアンテナと呼ばれる車載用アンテナ装置が開発されている。車載用アンテナ装置には、AM/FMアンテナ等の放送系受信アンテナに加え、TELアンテナ等の情報通信系アンテナを搭載する動きがある(例えば下記特許文献1)。
特開2012-124714号公報
 限られたケース内の空間に複数のアンテナを設けると、アンテナ同士の距離が十分に取れず、アンテナの利得が低下するという問題があった。一方、ケース内においてアンテナ同士の距離を大きくしようとすると、ケースが大きくなり、小型化できないという問題があった。
 本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、共通のケース内に複数のアンテナを備え、アンテナ利得の低下を抑制しつつ小型化を図ることの可能なアンテナ装置を提供することにある。
 本発明のある態様は、アンテナ装置である。このアンテナ装置は、
 共通のケース内に設けられた第1及び第2アンテナを備え、
 前記第2アンテナは、板状であって前記第1アンテナの上方に位置し、
 前記第1アンテナは、前記第2アンテナに発生する前記第1アンテナの周波数帯の定在波の電圧最大点を避けて配置される。
 前記第1アンテナは、前記第2アンテナに発生する前記定在波の電圧最小点からの水平方向距離が前記定在波の波長の1/8以内となる範囲に位置し又は延在してもよい。
 前記第2アンテナは、前記第1アンテナの上方に位置する第1板状部を有し、
 前記第1アンテナは、前記第1板状部の中央部の下方に位置し、
 前記第1板状部の長さが、前記第1アンテナの周波数帯の波長の1/2の奇数倍であってもよい。
 前記第2アンテナは、前記第1アンテナの上方に位置する第1板状部と、前記第1アンテナの周波数帯を遮断するフィルタ部を介して前記第1板状部と電気的に接続された第2板状部と、を有してもよい。
 前記第2アンテナは、前記第1アンテナの上方に位置する第1板状部と、ミアンダラインを介して前記第1板状部と電気的に接続された第2板状部と、を有してもよい。
 前記第1板状部と、前記第2板状部とが、前後方向に分かれて配置されていてもよい。
 前記第2アンテナは、少なくとも前記第1アンテナの上方に位置する部分が、左右方向に分割されていてもよい。
 前記第2アンテナと電気的に接続されたヘリカル素子を備えてもよい。
 前記ヘリカル素子は、螺旋状かつ自身の巻軸方向から見て楕円状に周回してもよい。
 前記ケースと共に前記第1及び第2アンテナの収容空間を形成するベースを備え、
 前記第1アンテナは、前記ベースに対して略垂直となる部分を有してもよい。
 前記第1アンテナが、TELアンテナ、TVアンテナ、キーレスエントリー用アンテナ、車々間通信用アンテナ又はWiFi用アンテナであり、前記第2アンテナが、AM/FMアンテナ又はDAB受信アンテナであってもよい。
 前記第2アンテナと電気的に接続されたヘリカル素子を含み、
 前記ヘリカル素子は、前記第2アンテナを保持するケースの左右方向の中心からずれて配置されてもよい。
 前記ヘリカル素子は、巻軸が上下方向に対して斜めに傾いていてもよい。
 前記ヘリカル素子は、前記第2アンテナと上下方向の位置が重ならなくてもよい。
 前記ヘリカル素子を保持するホルダを備え、前記ホルダは、前記ヘリカル素子を外周側から或いは内周側から保持してもよい。
 前記ホルダは、前記ヘリカル素子を保持する溝を備えてもよい。
 前記ベースは、下面に段差を有してもよい。
 前記ヘリカル素子は、第1ヘリカル素子と、前記第1アンテナの周波数帯を遮断するフィルタ部を介して接地される第2ヘリカル素子と、を有してもよい。
 前記第1アンテナを挟み込む導体板バネを備え、前記第1アンテナの前記導体板バネに挟み込まれる部分、又は前記導体板バネが、突起を有してもよい。
 前記ケース内に設けられた第3アンテナを備え、
 前記第3アンテナは、上方が無給電素子に覆われていてもよい。
 前記第1ヘリカル素子と、前記第2アンテナの周波数を増幅するアンプとの間に、TEL帯のインピーダンスを高くする第2フィルタ部を有してもよい。
 前記第2アンテナの、左右方向に分割された一方と他方とが、左右方向に連結されてもよい。
 前記第1アンテナは、前記第2アンテナの、左右方向に分割された一方と他方との間から、上方向に伸びていてもよい。
 なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
 本発明によれば、共通のケース内に複数のアンテナを備え、アンテナ利得の低下を抑制しつつ小型化を図ることの可能なアンテナ装置を提供することができる。
本発明の実施の形態1に係るアンテナ装置1の模式図。 アンテナ装置1のTELアンテナ2の周波数と平均利得との関係(一点鎖線)を、TELアンテナ2単体(容量装荷素子3が無い場合)の周波数と平均利得との関係(実線)と共に示す、シミュレーションによる特性図。 アンテナ装置1においてTELアンテナ2を容量装荷素子3の前後方向中央位置の真下に配置した場合における、容量装荷素子3の全長(前後方向長さL)と、1900MHzにおけるTELアンテナ2の平均利得との関係を示す、シミュレーションによる特性図。 アンテナ装置1において容量装荷素子3の前後方向長さLをλ/2とした場合における、容量装荷素子3の前端からTELアンテナ2の前後方向中央位置までの前後方向距離xと、1900MHzにおけるTELアンテナ2の平均利得との関係を示す、シミュレーションによる特性図。 アンテナ装置1において容量装荷素子3の前後方向長さLをλとした場合における、容量装荷素子3の前端からTELアンテナ2の前後方向中央位置までの前後方向距離xと、1900MHzにおけるTELアンテナ2の平均利得との関係を示す、シミュレーションによる特性図。 本発明の実施の形態2に係るアンテナ装置1Aの模式図。 アンテナ装置1Aの分解斜視図。 図7における、容量装荷素子3の舌片部3cと、インナーケース6の溝部6aと、の嵌合部周辺を示す拡大正断面図。 容量装荷素子3の後端部に舌片部3cを設け、インナーケース6の溝部6aと嵌合させた場合の、嵌合部周辺を示す拡大側断面図。 図10(A)~図10(F)は、ヘリカル素子5、ホルダ7、及びTELアンテナ基板4、の組立過程を示す斜視図。 図11(A)~図11(C)は、ヘリカル素子5の周回形状を、円、左右方向に長い楕円、前後方向に長い楕円、とした場合の各々における、TELアンテナ2とヘリカル素子5の相対位置関係を示す模式的平面図。 導体板バネ9a,9bによるTELアンテナ基板4の保持状態を示す拡大断面図。 アンテナ装置1Aの右側面図。 アンテナ装置1Aの右側断面図。 図14の前部拡大図。 アンテナ装置1Aの接続回路図(その1)。 アンテナ装置1Aの接続回路図(その2)。 本発明の実施の形態3に係るアンテナ装置1Bの模式図。 実施の形態2のアンテナ装置1A及び実施の形態3のアンテナ装置1BのTELアンテナ2の周波数と平均利得との関係(破線及び一点鎖線)を、TELアンテナ2単体(容量装荷素子3が無い場合)の周波数と平均利得との関係(実線)と共に示す、シミュレーションによる特性図。 容量装荷素子3が第1板状部3aと第2板状部3bに前後分割されている場合と前後分割されていない場合の各々における、TELアンテナ2の周波数と平均利得との関係を示す、実測による特性図。 比較例1に係るアンテナ装置の模式図。 比較例2に係るアンテナ装置の模式図。 比較例1及び2のアンテナ装置のTELアンテナ2の周波数と平均利得との関係(破線及び一点鎖線)を、TELアンテナ2単体(容量装荷素子3が無い場合)の周波数と平均利得との関係(実線)と共に示す、シミュレーションによる特性図。 比較例のTELアンテナ2における、容量装荷素子3からの離間距離(アンテナ間距離)と平均利得との関係を示す、シミュレーションによる特性図。 本発明の実施の形態4に係るアンテナ装置1Cの斜視図。 図25においてインナーケース6を省略した斜視図。 容量装荷素子3が切込部3dを有する場合と有さない場合の各々における、AM/FMアンテナのFM波帯の周波数と平均利得との関係を示す、シミュレーションによる特性図。 本発明の実施の形態5に係るアンテナ装置1Dの正断面図。 容量装荷素子3が左板状部3eと右板状部3fに左右分割されている場合と左右分割されていない場合の各々における、AM/FMアンテナのFM波帯の周波数と平均利得との関係を示す、シミュレーションによる特性図。
 以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
(実施の形態1)
 図1~図5を参照し、本発明の実施の形態1を説明する。図1は、実施の形態1に係るアンテナ装置1の模式図である。図1により、アンテナ装置1における、前後、上下、左右の各方向を定義する。上下方向と垂直な方向が水平方向である。なお、前後方向は、アンテナ装置1の長手方向であり、左右方向は、アンテナ装置1の幅方向である。また、前方向は、アンテナ装置1を車両に取り付けた場合の進行方向であり、左右方向は、進行方向である前方を見た状態を基準に定めている。アンテナ装置1は、車載用であり、車両のルーフ等に取り付けられる。アンテナ装置1は、図示しないケース内に、第1アンテナとしてのTELアンテナ2、第2アンテナとしての容量装荷素子3、及びヘリカル素子(AM/FMコイル)5を有するAM/FMアンテナを備える。容量装荷素子3及びヘリカル素子5により、AM/FM放送の受信が可能となる。
 TEL(Telephone)アンテナ2は、例えば基板上の導体パターンである。TELアンテナ2の周波数帯は、PCS(Personal Communications Service)帯である。PCS帯の周波数は、1850~1990MHzの範囲であるが、ここでは代表値としてPCS帯の中心周波数である1900MHzを採用する。TELアンテナ2は、前後及び上下方向と平行な平面内に存在する。TELアンテナ2は、好ましくはAMPS帯(Advanced Mobile Phone System)/PCS帯を送受信可能なワイドバンドアンテナである。AMPS帯の周波数は、824~894MHzである。
 容量装荷素子3は、例えばステンレス鋼等の金属板(導体板)を加工して形成される板状部品である。容量装荷素子3は、TELアンテナ2の上方に位置する。TELアンテナ2が容量装荷素子3の端から波長λの1/4の奇数倍の位置の下方に位置する場合、容量装荷素子3の前後方向長さLは、好ましくは波長λの1/2の自然数倍である。ここで、波長λはPCS帯(TEL帯)の波長である。TELアンテナ2が容量装荷素子3の中央部の下方に位置する場合、容量装荷素子3の前後方向長さLは、好ましくは波長λの1/2の奇数倍である。図1の例では、容量装荷素子3の前後方向長さLは、L=λ/2である。図1では、容量装荷素子3に発生するPCS帯の電流分布を破線で示している。電流分布が最小となる位置、すなわち図1の例では容量装荷素子3の前端及び後端が、それぞれ電圧最大点である。また、電流分布が最大となる位置、すなわち図1の例では容量装荷素子3の前後方向中央位置が、電圧最小点である。なお、TELアンテナ2がAMPS帯/PCS帯を送受信可能なワイドバンドアンテナである場合、容量装荷素子3は、AMPS帯に対し、共振しない電気長とされている。なお、容量装荷素子3がAMPS帯に対し共振しない電気長(例えばAMPS帯の略λ/4以下)であれば、AMPS帯の送受信に関する限り、TELアンテナ2は、容量装荷素子3の下方のいずれの位置に配置しても、容量装荷素子3との電気的結合による悪影響は発生しない。
 容量装荷素子3の前端からTELアンテナ2の前後方向中央位置までの前後方向における距離xは、容量装荷素子3に発生するPCS帯の定在波の電圧最大点を避けるように、好ましくは、TELアンテナ2の前後方向中央位置が容量装荷素子3の電圧最小点又は電圧最小点からλ/8以内となる範囲に位置するように、あるいはTELアンテナ2が容量装荷素子3の電圧最小点又は電圧最小点からλ/8以内となる範囲に延在するように定められる。
 図2は、アンテナ装置1のTELアンテナ2の周波数と平均利得との関係(一点鎖線)を、TELアンテナ2単体(容量装荷素子3が無い場合)の周波数と平均利得との関係(実線)と共に示す、シミュレーションによる特性図である。図2に示す一点鎖線の特性は、TELアンテナ2を自身の前後方向中央位置が容量装荷素子3の電圧最小点の真下に位置するように配置した場合のものである。図2に示すように、アンテナ装置1のTELアンテナ2は、容量装荷素子3の下方に位置するにも関わらず、TELアンテナ2単体の場合と同程度のアンテナ利得特性が得られる。
 図3は、アンテナ装置1においてTELアンテナ2を容量装荷素子3の前後方向中央位置の真下に配置した場合における、容量装荷素子3の全長(前後方向長さL)と、1900MHzにおけるTELアンテナ2の平均利得との関係を示す、シミュレーションによる特性図である。図3において、容量装荷素子3の前後方向長さLがλ及び2λの付近で平均利得が大幅に低下しているのは、容量装荷素子3の前後方向長さLがλ及び2λの場合、TELアンテナ2の前後方向中央位置が容量装荷素子3の電圧最大点の直下となるためである。なお、図5で後述するが、容量装荷素子3の前後方向長さLがλ/2及び3λ/2の場合は、TELアンテナ2の前後方向中央位置を容量装荷素子3の電圧最小点又は電圧最小点からλ/8以内となる範囲にすることで、良好な利得が得られる。
 図4は、アンテナ装置1において容量装荷素子3の前後方向長さLをλ/2とした場合における、容量装荷素子3の前端からTELアンテナ2の前後方向中央位置までの前後方向距離xと、1900MHzにおけるTELアンテナ2の平均利得との関係を示す、シミュレーションによる特性図である。図4において、横軸のλ/4は、容量装荷素子3の電圧最小点に対応する。図4より、容量装荷素子3の前端からTELアンテナ2の前後方向中央位置までの前後方向距離xをλ/8≦x≦3λ/8とすることで、3dBi以上の良好なアンテナ利得となる。
 図5は、アンテナ装置1において容量装荷素子3の前後方向長さLをλとした場合における、容量装荷素子3の前端からTELアンテナ2の前後方向中央位置までの前後方向距離xと、1900MHzにおけるTELアンテナ2の平均利得との関係を示す、シミュレーションによる特性図である。図5において、横軸のλ/4及び3λ/4は、容量装荷素子3の電圧最小点に対応する。図5より、容量装荷素子3の前端からTELアンテナ2の前後方向中央位置までの前後方向距離xをλ/8≦x≦3λ/8又は5λ/8≦x≦7λ/8とすることで、略3dBi以上の良好なアンテナ利得となる。
 本実施の形態によれば、アンテナ装置1は、TELアンテナ2が容量装荷素子3の下方に位置するため、TELアンテナ2が容量装荷素子3の下方を避けて容量装荷素子3の下方から前後方向に離間している場合(後述の比較例1)と比較して、小型化を図ることができる。また、TELアンテナ2の前後方向中央位置が容量装荷素子3の電圧最大点付近から前後方向に離間しているため、アンテナ利得の低下を抑制できる。特に、TELアンテナ2の前後方向中央位置が容量装荷素子3の電圧最小点付近(例えば電圧最小点からλ/8以内となる範囲)に位置する場合、TELアンテナ2単体の場合と遜色ないアンテナ利得となる。
(実施の形態2)
 図6~図17、図19、図20を参照し、本発明の実施の形態2を説明する。図6は、本発明の実施の形態2に係るアンテナ装置1Aの模式図である。図6に示すアンテナ装置1Aの構成は、図1と比較して、容量装荷素子3が第2板状部3bを備える点、及び容量装荷素子3の第1板状部3a(図1の容量装荷素子3全体に相当)と第2板状部3bとがフィルタ16で相互に接続されている点で相違し、その他の点で一致する。図6に示すTELアンテナ2と第1板状部3aの相対位置関係は、図1におけるTELアンテナ2と容量装荷素子3との相対位置関係と同じである。第2板状部3bは、第1板状部3aの後方に位置する。フィルタ16は、バンドエリミネーションフィルター(BEF:Band Elimination Filter)であり、本実施の形態においては、TELアンテナ2の送受信周波数帯付近の周波数帯を阻止するBEFである。本実施の形態では、第2板状部3bを備えることで、容量装荷素子3の全体サイズを大きくすることができ、AM/FM帯における性能を高めることができる。
 図7は、アンテナ装置1Aの分解斜視図である。図13は、アンテナ装置1Aの右側面図である。図14は、アンテナ装置1Aの右側断面図である。図7及び図14において、図13に示すアウターケース20の図示は省略している。容量装荷素子3の第1板状部3a及び第2板状部3bは、ネジ101,102によって、それぞれインナーケース6の上部に取り付けられる(ネジ止めされる)。
 容量装荷素子3は、防錆の点でSUS(ステンレス鋼)としているが、絶縁性のフィルムに挟まれた導電体を容量装荷素子3としてインナーケース6に張り付けられてもよい。容量装荷素子3は、フレシキブルな基板に導電パターンとして印刷されたものであってもよい。さらに、インナーケース6に金属粉を蒸着させて容量装荷素子3としてもよい。容量装荷素子3は、断面が上方に凸となる形状に形成され、長手方向を前後方向として、後述するベース10の上方に略平行に配置されている。
 容量装荷素子3は、インナーケース6から左右方向に広がるのを防止するために、下部に略垂直に舌片部3cを複数(左右にそれぞれ4個ずつ)有し、図8に示すように各舌片部3cがインナーケース6に設けられた溝部6aに挟み込まれることで、容量装荷素子3がインナーケース6に保持される。容量装荷素子3の下部に略垂直に舌片部3cを設けることで、左右方向に舌片部を設ける形状とするよりもグランドとの対向面を低減できるので浮遊容量を低減でき、AM/FMアンテナの利得低下を防ぐことができる。
 容量装荷素子3は、図9に示すように、上部後方の端部に舌片部3cを備え、それに対応する位置に設けられたインナーケース6の溝部6aに挟み込まれる構成としてもよい。また、図示は省略するが、容量装荷素子3の上部前方の端部に舌片部3cを備え、同様にインナーケース6の溝部6aに挟み込まれる構成としてもよい。容量装荷素子3の上部の前方あるいは後方の端部に舌片部3cを設ける場合、容量装荷素子3の上部が舌片部3cの長さだけ前後方向に延長される構成となり、インナーケース6のサイズを大きくすることなく容量装荷としての効果をさらに得られることとなり、AM/FMアンテナの利得が改善できる。
 なお、容量装荷素子3は、インナーケース6に溶着や接着などで取り付けられていてもよい。また、容量装荷素子3は、第1板状部3a及び第2板状部3bのいずれか一方がインナーケース6の上部でネジ止めされ、他方がインナーケース6に一体成形等によりネジ止め無しで保持されてもよい。第1板状部3a及び第2板状部3bの双方がインナーケース6に一体成形等によりネジ止め無しで保持されてもよい。
 インナーケース6は、電波透過性の合成樹脂製(ABS樹脂等の樹脂製の成型品)である。インナーケース6は、6本のネジ103によりベース10に取り付けられる。インナーケース6は、図13に示すように、アウターケース20によって覆われる。すなわち、アンテナ装置1Aは、共通のアウターケース20内にTELアンテナ2及び容量装荷素子3を備える。
 TELアンテナ2は、TELアンテナ基板4に設けられた導体パターンであって、AMPS帯/PCS帯を送受信可能である。TELアンテナ基板4は、ベース10に対して略垂直になり、且つ、容量装荷素子3の長手方向に対し略平行になるように、アンプ基板9に立設される。すなわち、TELアンテナ2は、ベース10に対して略垂直となる。TELアンテナ基板4には、ヘリカル素子5、フィルタ16、端子部17,18が設けられる。一対の接続プレート13は、それぞれネジ104によりインナーケース6に取り付けられ、容量装荷素子3の第1板状部3a及び第2板状部3bと、一対の端子部17とを相互に電気的に接続する。一対の端子部18は、アンプ基板9に設けられた一対の導体板バネ(ターミナル)9aに挟持されて電気的に接続される。TELアンテナ2の下端部は、アンプ基板9の導体板バネ9bに挟持されて電気的に接続される。ホルダ7は、TELアンテナ基板4を保持した状態で、2本のネジ105によりインナーケース6に取り付けられる。TELアンテナ2は、アンテナ装置1Aの左右方向略中心に位置し、容量装荷素子3との干渉が抑えられていてAM/FM性能を向上でき、さらに、アウターケース20上部を細くできて意匠性が向上する。また、ヘリカル素子5は、図7では右方向にオフセットしており(ずれており)、ヘリカル素子5の巻軸(中心軸)が上下方向に略平行かつ左右方向に略垂直である。
 アンプ基板9は、9本のネジ106によりベース10に取り付けられる。アンプ基板9上には、導体板バネ9a,9b、GPS(Global Positioning System)アンテナ21、XM(衛星ラジオ放送)アンテナ22、並びに、不図示のAM/FM/XM/GPS増幅器及びTELマッチング回路が設けられる。防水パッド(水密封止材)8は、エラストマーやゴム等の環状の弾性部材であり、ベース10上に設けられる。防水パッド8は、ベース10にネジ止め等で固定されたインナーケース6の下端部によって全周に渡って押圧され、ベース10とインナーケース6との間を水密封止する。シール部材15は、エラストマーやウレタンやゴム等の環状の弾性部材であり、ベース10の下面とアンテナ装置1Aの取付け先の車体(例えば車両ルーフ)との間に挟持され、両者の間を水密封止する。ボルト(車体取付用ネジ)11は、ワッシャー12及びホルダ14を介してベース10に螺合し、アンテナ装置1Aを車両のルーフ等に固定する。
 アンプ基板9の下面に設けられたコネクタ9cが、ベース10のコネクタ孔10b(図7)から直出しされている。ベース10のコネクタ孔10bからコネクタ9cが出ていることで、車両の形状によって様々なケーブルを用意する必要が無くなり、コスト削減を図ることができる。
 ベース10の、車両とのグランドを取得するキャプチャー部(ワッシャー12)付近(本実施形態ではベース10の左右方向中央付近)では、ベース10が下方向に段差を有する構造をしている。具体的には、図14に示すように、ベース10の下面は、シール部材15の内側が、外側と比較して下方に突出した凸部10aとなっている。この構造により、ベース10のキャプチャー部付近ではベース10と車両との間の隙間を小さくして容量結合を大きくすることができる。このため、ベース10のサイズに起因する不要共振の発生を抑制する(不要共振周波数の振幅を小さくする)ことができ、TELアンテナ2の利得が低下することを抑制できる。さらに高周波数帯では、ベース10のキャプチャー部付近ではベース10と車両との間の隙間が小さいことから、キャプチャー部と車両とのグランドを取得する際にキャプチャー部の経路長を無視でき、TELアンテナ2の利得低下をさらに抑制することができる。また、ベース10の下面が凸部10aとなっている構造により、キャプチャー部付近以外ではベース10と車両との間の隙間を大きくして、ベース10と車両との間の容量結合を小さくすることができる。このため、様々な曲率の車両ルーフに対応することが可能となる。この理由を以下に説明する。キャプチャー部付近以外では車両のルーフ曲率が変化した際に締結基点から遠いことから、車両ルーフとベース10との隙間の変化量が大きくなって容量結合の変化量も大きくなる。もし、キャプチャー部付近以外でもキャプチャー部付近と同様にベース10と車両との隙間を小さくすると、容量結合が大きくなって、容量結合の変化量も大きいことから、不要共振の発生周波数の変移量が大きくなってしまい、所望の周波数帯に悪影響を与えることがある。凸部10aの構造により、キャプチャー部付近以外ではベース10と車両との間の隙間が大きいので、容量結合が小さくなって、容量結合の変化量が大きくても不要共振の発生周波数の変移量がさほど大きくならない。このため、様々な曲率の車両ルーフに対応可能となる。なお、凸部10aは、シール部材15の外側にまで延在してもよい。不要共振は700MHz~960MHz帯の帯域内に発生させないことができる構成が望ましい。
 アンテナ装置1Aにおいて、XMアンテナ22、GPSアンテナ21、TELアンテナ2、ヘリカル素子5(AM/FMアンテナの一部)の順に、前方向から後方向に向けて配置している理由を説明する。各アンテナの周波数帯域は、XMアンテナ22が2.3GHz帯、GPSアンテナ21が1.5GHz帯、TELアンテナ2が700MHz~900MHz帯・1.7GHz~2.1GHz帯・2.5GHz~2.6GHz帯、ヘリカル素子5が522kHz~1710kHz(AM用)・76MHz~108MHz(FM用)である。ここで、
1.GPSアンテナ21とXMアンテナ22との周波数帯域が、TELアンテナ2の周波数帯域と近いので、相互のアイソレーションを取る為に、GPSアンテナ21及びXMアンテナ22と、TELアンテナ2との距離を大きくする必要がある。そのため、GPSアンテナ21及びXMアンテナ22の配置スペースとTELアンテナ2の配置スペースとの間にコネクタ9cを配置することで、相互のアイソレーションを確保でき、配置スペースも小さくすることが可能となる。ここで、XMアンテナ22がGPSアンテナ21より前方に配置するのは、周波数が高いものから順に前方より配置して、近くに配置されるアンテナ同士の干渉を抑制するためである。例えば、TELアンテナ2の近くにGPSアンテナ21よりも周波数が高いXMアンテナ22を配置した場合、XMアンテナ22の波長の方がGPSアンテナ21よりも小さくなるため、TELアンテナ2のサイズが無視できなくなり、TELアンテナ2の近くにGPSアンテナ21を配置した場合よりも干渉が大きくなってしまうからである。
2.アンテナ装置1Aを固定するために、アンテナ装置1Aと車両ルーフとの隙間が大きくならないように、アンテナ装置1Aの前後方向及び左右方向の中央付近でボルト11がベース10に螺合してワッシャー(キャプチャー部)12の爪先端が車両と電気的なグランドをとっている。TELアンテナ2はボルト11に近接するベース10の穴から直出しされているコネクタ9c及び不図示のケーブルを介して車両機器に接続される。TELアンテナ2とボルト11との距離が大きくなると、TELアンテナ2とボルト11との間の経路が電気長を有するものとなって、ベース10に発生する電流が車両ルーフに発生する電流とで打ち消しあい(TELアンテナ2に励起されるはずの電流が車両に流れてしまい)、TELアンテナ2の利得が低下することがある。このため、TELアンテナ2の給電位置はアンテナ装置1Aの前後方向及び左右方向の中央付近に位置するのが望ましい。
3.アンテナ装置1Aの取付け先の車両の空力を考慮すると、アンテナ装置1Aは前方向から後方向に向かって上下方向が高くなっていることが望ましい。そのために、上下方向の高さの低いXMアンテナ22とGPSアンテナ21を前方向に位置させるのが望ましい。XMアンテナ22とGPSアンテナ21との上下方向の高さが低いのは、所望周波数が高く波長が短いので小型化できるからである。
以上の3つの理由から、前方向から順にXMアンテナ22、GPSアンテナ21、TELアンテナ2、ヘリカル素子5が配置されている。
 図11(A)~図11(C)は、ヘリカル素子5の周回形状を、円、左右方向に長い楕円、前後方向に長い楕円、とした場合の各々における、TELアンテナ2とヘリカル素子5の相対位置関係を示す模式的平面図である。ヘリカル素子5は、螺旋状に周回すると共に、上下方向(巻軸方向)から見て、図7の例では略真円状(図11(A))に周回したが、図11(B)及び図11(C)に示すように楕円状に周回してもよい。楕円状である効果は以下の2点である。
1.TELアンテナ2とヘリカル素子5との距離が短くなると、両者に浮遊容量が現れることがある。これを防ぐためにTELアンテナ2とヘリカル素子5との距離を長くするのが望ましいが、狭いインナーケース6内で距離を長くするのは難しい。そこで、図11(B)に示すようにヘリカル素子5を左右方向に長い楕円状に周回させることで、TELアンテナ2とヘリカル素子5との距離が長くなってアイソレーションが改善でき、両者間に浮遊容量が現れるのを抑制することができる。また、図11(C)に示すようにヘリカル素子5を前後方向に長い楕円状に周回させた場合、ヘリカル素子5のTELアンテナ2に対向する面が小さくなるため、TELアンテナ2とヘリカル素子5との離間距離が図11(A)に示すTELアンテナ2とヘリカル素子5との離間距離と同じでも両者間のアイソレーションを改善でき、両者間に浮遊容量が現れるのを抑制することができる。
2.ヘリカル素子5を楕円状に周回させることで、楕円の短径が真円の直径と等しい場合、ヘリカル素子5を上方向から見た投影面積が真円状よりも大きくなり、真円状よりも電気長をとることができるので、インナーケース6内の前後方向の配置の自由度が向上する。また、ヘリカル素子5を上方向から見た投影面積が大きくなることから、高周波損失を抑制することができる。
以上が、ヘリカル素子5が楕円状に周回する場合の効果である。なお、ヘリカル素子5の周回形状は長方形等の多角形形状であってもよい。
 ヘリカル素子5は、図7の例ではアンテナ装置1Aの左右方向の中心から右方向にオフセットしていた(ずれていた)が、左右方向の中心に位置していてもよい。ヘリカル素子5は、巻軸(中心軸)が前後方向に傾いて斜め(ヘリカル素子5の巻軸が上下方向に対して略平行でない)になっていてもよい。これによりヘリカル素子5とTELアンテナ2との距離を長くすることができ、ヘリカル素子5の電気長を長くすることもできる。また、ヘリカル素子5の巻軸は左右方向に傾いて斜め(ヘリカル素子5の巻軸が左右方向に対して略垂直でない)になっていてもよい。これによる効果は前後方向に傾いて斜めになっている場合と同様である。ヘリカル素子5は、上下方向における位置が、容量装荷素子3及びアンプ基板9上の部品と重ならないように構成されている。これにより、ヘリカル素子5と容量装荷素子3との間や、ヘリカル素子5とアンプ基板9上の部品との間に、浮遊容量が現れることを抑制できる。
 図10(A)~図10(F)は、ヘリカル素子5、ホルダ7、及びTELアンテナ基板4、の分解斜視図である。ヘリカル素子5は、外側からホルダ7に保持されている。具体的には、ホルダ7は、ヘリカル素子5を収容するヘリカル素子保持部7aを有し、ヘリカル素子保持部7aがヘリカル素子5を外側から保持する。ヘリカル素子5の引出し部5aは、それぞれTELアンテナ基板4のヘリカル素子接続穴4aに挿通される。ヘリカル素子5の内周側の方が外周側よりも高周波電流が多く流れるため、ヘリカル素子5が外側からホルダ7に保持されるほうが、ヘリカル素子5が内側からホルダ7に保持されるよりも高周波損失が発生しにくい。さらに、ヘリカル素子5が外側からヘリカル素子保持部7aに保持されていることで、ヘリカル素子5の最大外径がホルダ7の内径よりも大きくなることがなく、ヘリカル素子5の電気長の変動を抑制することができる。また、ホルダ7のヘリカル素子保持部7aの内面に不図示の溝が掘られており、ヘリカル素子5がその溝に収まるように配置されてもよい。この場合、ヘリカル素子5の電気長の変動の抑制やヘリカル素子5の導体間の間隔を保持可能といった効果がある。なお、ヘリカル素子5は、内側からホルダ7に保持されていてもよい。すなわち、ヘリカル素子5は、ホルダ7に巻きつけられている形状であってもよい。さらに、ホルダ7に溝が掘られておりヘリカル素子5がその溝に収まるようにされていてもよい。これによる効果はヘリカル素子保持部7aの内面の溝に収めた場合と同様である。ホルダ7はTELアンテナ基板4に取り付けられる。ホルダ7がヘリカル素子5を保持しTELアンテナ基板4に取り付けられるので、TELアンテナ2とヘリカル素子5との位置関係が定まり、相互の位置ズレによる性能変化をきたさないようにできる。なお、振動等によって使用上悪影響が無い場合は、ホルダ7が無くてもよい。
 ヘリカル素子5の給電点(端子部18)の位置は、ヘリカル素子5に近接している。これにより、ヘリカル素子5がアンテナ装置1Aの後方に位置しているので、不図示のアンプをアンプ基板9上に設けることができる。さらに、給電点からヘリカル素子5までの給電線による導体損や給電線の浮遊容量を低減することができる。また、給電線の長さをXMアンテナ22の波長の1/4の約32mm以下とすることで、給電線の長さによってXMアンテナ22の利得低下が発生するのを抑制できる。また、容量装荷素子3とヘリカル素子5の接続点(端子部17)の位置がヘリカル素子5に近接しているため、上記と同様の効果を得ることできる。
 図13に示すように、容量装荷素子3の第1板状部3aの前後方向寸法は約50mmであって、PCS帯の波長の略1/2の電気長となっており、PCS帯では共振しない電気長となっている。また、容量装荷素子3の第2板状部3bの前後方向寸法は約23mmであり、PCS帯では共振しない電気長となっている。さらに、容量装荷素子3の第1板状部3a及び第2板状部3bを合わせた全長は約80mmであり、AMPS帯では共振しない電気長となっている。
 図14及び図15に示すように、無給電素子25が、XMアンテナ22を上方から空間を開けて覆っている。無給電素子25は、インナーケース6の下面に例えば溶着により取り付けられている。XMアンテナ22が無給電素子25に覆われていることで、XMアンテナ22の天頂方向の利得が高くなる。GPSアンテナ21が無給電素子25に覆われていてもよい。
 フィルタ16は、容量装荷素子3の第1板状部3aと第2板状部3bとを、高周波数(TELアンテナ2の周波数帯以上)では電気的に分割し、低周波数(AM/FMの周波数帯以下)では電気的に接続されたようにするフィルタである。フィルタ16は、TELアンテナ2と近接する第1板状部3aとヘリカル素子5との間に設けられる一方、TELアンテナ2と近接しない第2板状部3bとヘリカル素子5との間には設けられていない。TELアンテナ2と第1板状部3aとが近接することで、TELアンテナ2の送信時に第1板状部3aから高周波電流がヘリカル素子5を伝わり、AM/FMアンプへ流れることがある。フィルタ16は、この電流をカットすることができる。TELアンテナ2と第2板状部3bとは近接しないので、このような電流が流れにくく、コスト削減のためフィルタ16が設けられていない。フィルタ16による減衰が不足している場合には、容量装荷素子3とヘリカル素子5との間にフィルタを追加してもよい。
 TELアンテナ基板4とアンプ基板9とは、給電点では、M字バネである導体板バネ9a、9bの弾性により電気的に接続されている(図12)。給電点の数が多くなると、導体板バネ9a,9bの形状(M字バネ形状)では固定が安定せずに接触抵抗が安定しないことが多い。さらに、組み立て交差により、導体板バネ9a,9bの接触抵抗が異なることがある。このため、図12に示すようにM字バネである導体板バネ9a、9bの内側に互いに対面する突起9dを設けて、TELアンテナ基板4を突起9dで挟むことで、導体板バネ9a、9bの接触抵抗を安定させる。なお、導体板バネ9a、9bに突起を設けるのではなく、TELアンテナ基板4側に突起を設けてもよい。さらに、両者に突起を設けてもよい。これらは、容量装荷素子3とTELアンテナ基板4との接続点(接続プレート13とTELアンテナ基板4との相互接続部)においても同様である。
 図16は、アンテナ装置1Aの接続回路図(その1)である。容量装荷素子3の第1板状部3a及び第2板状部3b、並びにヘリカル素子5は、天頂容量装荷型逆Fアンテナを構成し、この逆Fアンテナで受信したAM/FM放送波がアンプ基板9へ伝送される。逆Fアンテナを構成する各ヘリカル素子5(L1~L3)のうち、ヘリカル素子L1の一端は、第2板状部3bに接続されると共に、フィルタ16の一端に接続される。ヘリカル素子L1の他端は、ヘリカル素子L2,L3の一端に接続される。ヘリカル素子L2の他端は給電点に接続される。ヘリカル素子L3の他端は、フィルタ19の一端に接続される。フィルタ19の他端はグランドに接続される。逆Fアンテナを構成する各ヘリカル素子5(L1~L3)のインダクタンスの関係をどのようにするかにより、アンテナのインピーダンスと共振周波数を調整することができる。具体的には、グランドに繋がるヘリカル素子5(L3)のインダクタンスにより、アンテナのインピーダンスを調整できる。インダクタンスを大きくするとインピーダンスが小さくなり、インダクタンスを小さくするとインピーダンスが大きくなる。また、他の2つのヘリカル素子5(L1,L2)のインダクタンスを調整することで、共振周波数を調整することができる。ここでは、各ヘリカル素子5のインダクタンスは、L1<L2<L3という関係になる。具体的数値の一例を挙げれば、L1:127nH、L2:425nH、L3:929nHである。AM/FMのアンテナ方式は、逆L、先端ショートブラウンでもよいが、逆FアンテナとすることでFM帯のインピーダンスを高くして、TELアンテナ2を追加した場合のインピーダンス変動を小さくし、TELアンテナ2の影響を軽減できる。フィルタ19は、FM帯バンドパスフィルタ(BPF:Band Pass Filter)である。逆Fアンテナとしたことによりグランド接続した場合にAM帯を受信しなくなるため、AM帯の劣化を軽減するためにFM帯だけ通過するフィルタ19を装荷している。
 図17は、アンテナ装置1Aの接続回路図(その2)である。図17の回路において図16と異なる点は、ヘリカル素子5とアンプ基板9との間に第2フィルタとしてのフィルタ26が設けられている点である。フィルタ26は、アンプ基板9側ではなく、TELアンテナ基板4側に設けられている。これにより、ヘリカル素子5の給電点よりもヘリカル素子5側のTEL帯のインピーダンスが高くなり、ヘリカル素子5で発生するFM共振の高調波を抑制することができ、TELアンテナ2の利得低下を抑制することができる。フィルタ26はチップインダクタとチップコンデンサの並列共振回路でもよく、あるいは自己共振周波数がTELアンテナ2の所望周波数帯に近いチップインダクタでも良い。チップ部品の代わりに、ヘリカル素子5自体に本機能を併せもたせてもよい。なお、高調波は700MHz~960MHz帯の帯域内に発生させないことができる構成が望ましい。
 図19は、実施の形態2のアンテナ装置1A及び後述の実施の形態3のアンテナ装置1BのTELアンテナ2の周波数と平均利得との関係(破線及び一点鎖線)を、TELアンテナ2単体(容量装荷素子3が無い場合)の周波数と平均利得との関係(実線)と共に示す、シミュレーションによる特性図である。図19より、本実施の形態のアンテナ装置1AのTELアンテナ2のアンテナ利得も、実施の形態1のアンテナ装置1のTELアンテナ2のアンテナ利得(図2)と同様に、TELアンテナ2単体の場合と同程度の良好な特性となった。
 図20は、容量装荷素子3が第1板状部3aと第2板状部3bに前後分割されている場合と前後分割されていない場合の各々における、TELアンテナ2の周波数と平均利得との関係を示す、実測による特性図である。図20から明らかなように、容量装荷素子3が第1板状部3aと第2板状部3bとに前後方向に分割されていることにより、容量装荷素子3とTELアンテナ2との干渉を抑制することができ、TELアンテナ2の平均利得を確保できる。容量装荷素子3をさらに前後方向に分割することで、さらに干渉を抑制することができるが、分割することによって製造する際の作業効率が悪化し、回路が複雑になることからコストが上昇する。このため、アンテナ装置1Aのように容量装荷素子3を前後方向に2分割するのが望ましい。
(実施の形態3)
 図18は、本発明の実施の形態3に係るアンテナ装置1Bの模式図である。図18に示すアンテナ装置1Bは、図6に示すアンテナ装置1Aのフィルタ16に替えて、ミアンダライン23を備える。ミアンダライン23は、容量装荷素子3の第1板状部3a及び第2板状部3bの間を相互に接続する。本実施の形態のその他の点は、実施の形態2と同様である。図19に示すように、本実施の形態のアンテナ装置1BのTELアンテナ2のアンテナ利得も、実施の形態2のアンテナ装置1AのTELアンテナ2のアンテナ利得と同様に、TELアンテナ2単体の場合と同程度の良好な特性となった。
(比較例1)
 図21は、比較例1に係るアンテナ装置の模式図である。このアンテナ装置は、図1に示した実施の形態1のものと比較して、TELアンテナ2が容量装荷素子3から前後方向に離間している点、具体的にはTELアンテナ2の前後方向中央位置が容量装荷素子3の前端から30mm離間している点で相違し、その他の点で一致する。
 図23は、比較例1及び後述の比較例2のアンテナ装置のTELアンテナ2の周波数と平均利得との関係(破線及び一点鎖線)を、TELアンテナ2単体(容量装荷素子3が無い場合)の周波数と平均利得との関係(実線)と共に示す、シミュレーションによる特性図である。図23より、比較例1のアンテナ装置のTELアンテナ2のアンテナ利得は、TELアンテナ2単体と同程度の良好な特性となる。ただし、TELアンテナ2が容量装荷素子3から前方に離間しているため、アンテナ装置として大型になる。
(比較例2)
 図22は、比較例2に係るアンテナ装置の模式図である。このアンテナ装置は、図1に示した実施の形態1のものと比較して、TELアンテナ2の前後方向中央位置が容量装荷素子3の前端と一致する点で相違し、その他の点で一致する。比較例2は、比較例1においてTELアンテナ2の前後方向中央位置の容量装荷素子3の前端からの離間距離を0mmにしたものである。比較例2の場合、TELアンテナ2と容量装荷素子3が前後方向において近接しているため、アンテナ装置として小型にできるが、容量装荷素子3の影響を受けることにより、図23に示すように、TELアンテナ2のアンテナ利得がTELアンテナ2単体の場合と比較して大幅に悪化する。
 図24は、比較例のTELアンテナ2における、容量装荷素子3からの離間距離(アンテナ間距離)と平均利得との関係を示す、シミュレーションによる特性図である。横軸の30mmが比較例1に対応し、0mmが比較例2に対応する。図24より、容量装荷素子3の影響を避けるためにTELアンテナ2を容量装荷素子3の下方を避けて配置するという技術思想では、TELアンテナ2のアンテナ利得を良好にするためには、TELアンテナ2を容量装荷素子3から離間させる必要がある。これに対し、上述の実施の形態1~3では、TELアンテナ2を容量装荷素子3の下方に配置しながらTELアンテナ2のアンテナ利得を良好にできるため、アンテナ利得の低下を抑制しつつ小型化を図ることができる。
(実施の形態4)
 図25は、本発明の実施の形態4に係るアンテナ装置1Cの斜視図である。図26は、図25においてインナーケース6を省略した斜視図である。本実施の形態のアンテナ装置1Cは、実施の形態2のアンテナ装置1Aと比較して、容量装荷素子3の第1板状部3aに切込部3dが設けられている点で相違し、その他の点で一致する。切込部3dを有することにより、第1板状部3aは、上方向から見て、方形の一辺が無い形状(コの字形状あるいはU字形状)をしており、後端部を除き左右方向に分割されている。これにより、第1板状部3aは、切込部3dを挟んで対向する一対の辺を有することになり、この一対の辺の各々に互いに逆向きに高周波電流が流れやすくなり、容量装荷素子3に励起されるFM帯よりも高い周波数の高調波成分を打ち消しやすくなる。このため、共振周波数の異なるアンテナ同士(容量装荷素子3とTELアンテナ2)の距離を近づけることが可能となる。
 図27は、容量装荷素子3が切込部3dを有する場合と有さない場合の各々における、AM/FMアンテナのFM波帯の周波数と平均利得との関係を示す、シミュレーションによる特性図である。図27より、容量装荷素子3の第1板状部3aを上記のように方形の一辺が無い形状(コの字形状あるいはU字形状)とすることで、TELアンテナ2の平均利得を向上させることができる。これは容量装荷素子3とTELアンテナ2との離間距離が大きくなる事で浮遊容量が低減できるからである。また、第1板状部3aが方形の一辺が無い形状(コの字形状をあるいはU字形状)としていることにより、第1板状部3aが左右に分離されている2つの板状部からなる場合と比較して、第1板状部3aをインナーケース6に取り付ける際の作業効率が向上する。さらにネジの数も減少することができ、コスト削減に繋がる。
 図28は、本発明の実施の形態5に係るアンテナ装置1Dの正断面図である。本実施の形態のアンテナ装置1Dは、実施の形態2のアンテナ装置1Aと比較して、容量装荷素子3が左板状部3eと右板状部3fに左右分割されている点と、TELアンテナ基板4及びそれに設けられたTELアンテナが左板状部3eと右板状部3fとの間から上方に突出している点で相違し、その他の点で一致する。容量装荷素子3が左右分割されていることで、容量装荷素子3とTELアンテナ2との間に現れる浮遊容量を抑制することができ、AM/FM帯における性能を高めることができる。また、TELアンテナ基板4及びそれに設けられたTELアンテナが左板状部3eと右板状部3fとの間から上方に突出していることで、TELアンテナの性能を高くすることができる。図29は、容量装荷素子3が左板状部3eと右板状部3fに左右分割されている場合と左右分割されていない場合の各々における、AM/FMアンテナのFM波帯の周波数と平均利得との関係を示す、シミュレーションによる特性図である。なお、図29の左右分割されている場合では、TELアンテナが左板上部3eと右板上部3fとの間から上方に突出していないものとした。図29より、容量装荷素子3を左右分割することで、AM/FMアンテナのFM波帯の平均利得を向上させることができる。
 以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。以下、変形例について触れる。
 第1アンテナは、TELアンテナ2に替えて、TVアンテナ、キーレスエントリー用アンテナ、車々間通信用アンテナ又はWiFi用アンテナであってもよい。第2アンテナは、AM/FMアンテナに替えて、DAB(Digital Audio Broadcast)受信アンテナであってもよい。容量装荷素子3の電圧最大点は、図18に示すミアンダライン23の追加の他に、スリットを追加したり、折返し形状にしたりすることによっても変更が可能である。
1,1A~1D アンテナ装置、2 TELアンテナ(第1アンテナ)、3 容量装荷素子(第2アンテナ)、3a 第1板状部、3b 第2板状部、3c 舌片部、3d 切込部、3e 左板状部、3f 右板状部、4 TELアンテナ基板、4a ヘリカル素子接続穴、5 ヘリカル素子(AM/FMコイル)、5a 引出し部、6 インナーケース、6a 溝部、7 ホルダ、7a ヘリカル素子保持部、8 防水パッド(水密封止材)、9 アンプ基板、9a,9b 導体板バネ(ターミナル)、9c コネクタ、9d 突起10 ベース、10a 凸部、10b コネクタ孔、11 ボルト(車体取付用ネジ)、12 ワッシャー(キャプチャー部)、13 接続プレート、14 ホルダ、15 シール部材、16 フィルタ(BEF)、17,18 端子部、19 フィルタ(BPF)、20 アウターケース(外装ケース)、21 GPSアンテナ、22 XMアンテナ、23 ミアンダライン、25 無給電素子、26 フィルタ、101~106 ネジ

Claims (11)

  1.  共通のケース内に設けられた第1及び第2アンテナを備え、
     前記第2アンテナは、板状であって前記第1アンテナの上方に位置し、
     前記第1アンテナは、前記第2アンテナに発生する前記第1アンテナの周波数帯の定在波の電圧最大点を避けて配置される、アンテナ装置。
  2.  前記第1アンテナは、前記第2アンテナに発生する前記定在波の電圧最小点からの水平方向距離が前記定在波の波長の1/8以内となる範囲に位置し又は延在する、請求項1に記載のアンテナ装置。
  3.  前記第2アンテナは、前記第1アンテナの上方に位置する第1板状部を有し、
     前記第1アンテナは、前記第1板状部の中央部の下方に位置し、
     前記第1板状部の長さが、前記第1アンテナの周波数帯の波長の1/2の奇数倍である、請求項1又は2に記載のアンテナ装置。
  4.  前記第2アンテナは、前記第1アンテナの上方に位置する第1板状部と、前記第1アンテナの周波数帯を遮断するフィルタ部を介して前記第1板状部と電気的に接続された第2板状部と、を有する、請求項1から3のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
  5.  前記第2アンテナは、前記第1アンテナの上方に位置する第1板状部と、ミアンダラインを介して前記第1板状部と電気的に接続された第2板状部と、を有する、請求項1から3のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
  6.  前記第1板状部と、前記第2板状部とが、前後方向に分かれて配置されている、請求項4又は5に記載のアンテナ装置。
  7.  前記第2アンテナは、少なくとも前記第1アンテナの上方に位置する部分が、左右方向に分割されている、請求項1から6のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
  8.  前記第2アンテナと電気的に接続されたヘリカル素子を備えている、請求項1から7のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
  9.  前記ヘリカル素子は、螺旋状かつ自身の巻軸方向から見て楕円状に周回する、請求項8に記載のアンテナ装置。
  10.  前記ケースと共に前記第1及び第2アンテナの収容空間を形成するベースを備え、
     前記第1アンテナは、前記ベースに対して略垂直となる部分を有する、請求項1から9のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
  11.  前記第1アンテナが、TELアンテナ、TVアンテナ、キーレスエントリー用アンテナ、車々間通信用アンテナ又はWiFi用アンテナであり、前記第2アンテナが、AM/FMアンテナ又はDAB受信アンテナである、請求項1から10のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
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