JP4976511B2 - 円偏波対応アンテナ - Google Patents

Description

本発明は円偏波対応アンテナに関し、特に、エレメントパターンを配置したフィルムタイプ等の円偏波対応アンテナに関する。

自動車等の車両に搭載される、ＧＰＳに代表される円偏波を受信可能なアンテナは、一般的にはマイクロストリップアンテナからなるパッチアンテナが知られているが、エレメントパターンを配置したフィルムタイプのものも開発されている。

フィルムタイプの円偏波対応アンテナとしては、例えばモノポールアンテナ方式（例えば特許文献１）や、クロスダイポールアンテナ方式（例えば特許文献２）、ループアンテナ方式（例えば特許文献３）、その他の方式としてカール状のエレメントを用いたもの（例えば特許文献４）がある。

特許文献１に開示のモノポールアンテナ方式の円偏波対応アンテナは、９０度の角度を有する第１アンテナエレメント及び第２アンテナエレメントと、ループ状の位相調整手段とインピーダンス調整用の接地パターンからなるアンテナであり、接地パターンを車両ルーフ等に容量結合するものである。

特許文献２に開示のクロスダイポールアンテナ方式の円偏波対応アンテナは、フィルム状の誘電体に複数形成されたクロスダイポールアンテナと、アンテナと同数のバラン及び移相器からなるアンテナであり、クロスダイポールアンテナの中央に存在する給電点への給電を、各々の平衡給電線により行う構成のフィルムアンテナである。

特許文献３に開示のループアンテナ方式の円偏波対応アンテナは、ループアンテナとループアンテナの１辺に沿うように配置された無給電素子とからなるアンテナであり、ピックアップ部にバランやアンプを有するものである。

特許文献４に開示のカール状のアンテナを用いた円偏波対応アンテナは、カール状のアンテナ素子及び第１給電ラインと、カール状のアンテナ素子と電磁結合するように配置された第２給電ラインとを具備するものであり、ピックアップ部にバランやアンプを有するものである。

特開平９−１８２２１号公報 特開２００４−１７２９０６号公報 特開２００５−１０２１８３号公報 特開２００９−２２５４２９号公報

しかしながら、特許文献１に開示のモノポールアンテナ方式のフィルムアンテナは、接地が必要であり、接地のために車両ルーフ等に容量結合する必要が生じる。このため、取り付け性が悪いという問題がある。

また、特許文献２に開示のクロスダイポールアンテナ方式のフィルムアンテナは、アンテナ特性は良好であるが、給電点がアンテナエレメントの中央にあり、給電線の引き回しが困難であるという問題がある。

また、特許文献３に開示のループアンテナ方式のフィルムアンテナや、特許文献４に開示のカール状のアンテナを用いたフィルムアンテナは、アンテナの特性インピーダンスが高いため（例えば３００Ω程度）、インピーダンス調整のためのバランが必要となり、アンテナに付随するピックアップ部の肥大化や高コスト化の問題がある。

本発明は、斯かる実情に鑑み、取り付け性が良く、給電もしやすく、且つ、アンテナ特性も良い円偏波対応アンテナを提供しようとするものである。

上述した本発明の目的を達成するために、本発明による円偏波対応アンテナは、ホット端子と、グラウンド端子と、ホット端子から延在する第１エレメントと、第１エレメントに対して垂直方向にグラウンド端子から延在する第２エレメントと、グラウンド端子から延在し、ホット端子、第１エレメント及び第２エレメントを囲ってグラウンド端子に戻るループエレメントと、を具備するものである。

また、ループエレメントは、略正方形であれば良い。

また、第１エレメント及び第２エレメントの一方の長さは、ターゲット周波数のλ／４を基準にそれより短く調整され、第１エレメント及び第２エレメントの他方の長さは、ターゲット周波数のλ／４を基準にそれより長く調整され、ループエレメントの１辺の長さは、ターゲット周波数のλ／４を基準にそれより短く調整される第１エレメント及び第２エレメントの一方の長さの２倍を基準にそれより短く調整されれば良い。

ここで、ループエレメントは、第１エレメント及び第２エレメントに平行に沿う辺を有すれば良い。

さらに、ループエレメント内に配置され、第１エレメント又は第２エレメントの少なくとも一方の先端近傍に容量結合するように配置される無給電素子を具備しても良い。

ここで、無給電素子は、ループエレメントに沿って配置されれば良い。

さらに、デジタルテレビ放送用アンテナを具備しても良い。

本発明の円偏波対応アンテナには、取り付け性が良く、給電もしやすく、且つ、アンテナ特性も良いという利点がある。

図１は、本発明の円偏波対応アンテナを説明するための概略平面図である。 図２は、無給電素子を有する本発明の円偏波対応アンテナを説明するための概略平面図である。 図３は、本発明の円偏波対応アンテナの放射特性を表すグラフである。 図４は、本発明の円偏波対応アンテナの軸比特性を比較したグラフである。 図５は、本発明の円偏波対応アンテナの複合アンテナを説明するための概略平面図である。

以下、本発明を実施するための形態を図示例と共に説明する。図１は、本発明の円偏波対応アンテナを説明するための概略平面図である。図示の通り、本発明の円偏波対応アンテナは、ホット端子１と、グラウンド端子２と、第１エレメント３と、第２エレメント４と、ループエレメント５とから主に構成されている。

ホット端子１とグラウンド端子２は、ピックアップやケーブルを介して、車両内の受信器等へ接続されるものである。図示例では、ホット端子１とグラウンド端子２が、横方向に並んで配置されている。

第１エレメント３は、ホット端子１から延在している。図示例では、第１エレメント３は、ホット端子１から図の下方に延在している。より具体的には、第１エレメント３は、ホット端子１の右下角から下方に延在している。第１エレメント３の長さは、例えばターゲット周波数のλ／４を基準にそれより短く調整されれば良い。

第２エレメント４は、第１エレメント３に対して垂直方向にグラウンド端子２から延在している。即ち、第１エレメント３と第２エレメント４は、９０度の角度となるように配置されている。より具体的には、第２エレメント４は、グラウンド端子２の左下角から右方向に延在している。また、第２エレメント４の長さは、例えばターゲット周波数のλ／４を基準にそれより長く調整されれば良い。

第１エレメントの電流位相が４５度遅れ、第２エレメントの電流位相が４５度進むように第１エレメント及び第２エレメントの長さを調整することで、両エレメントの電流位相差が９０度となり、円偏波に対応可能となる。

なお、第１エレメント及び第２エレメントの長さは、上述の構成とは逆に、第１エレメントの長さを、ターゲット周波数のλ／４をそれより基準に長く、第２エレメントの長さを、ターゲット周波数のλ／４を基準にそれより短く調整しても良い。本発明の円偏波対応アンテナは、このように左円偏波、右円偏波のどちらにも対応することが可能となる。また、第１エレメント及び第２エレメントの長さを同じ長さとしても良く、その場合には、移相器を設け、両エレメントの電流位相差を９０度となるようにすれば良い。

ループエレメント５は、グラウンド端子２からループ状に延在するものである。ループエレメント５は、ホット端子１、第１エレメント３及び第２エレメント４を囲ってグラウンド端子２に戻るように配置されている。即ち、すべての端子やエレメントが、ループエレメント５に囲まれるように構成されている。図示例では、ループエレメント５が略正方形のものを示している。そして、ループエレメント５は、第１エレメント３及び第２エレメント４に平行に沿う辺を有するように構成されている。

ループエレメント５の１辺の長さは、例えば第１エレメント３及び第２エレメント４の一方の長さの２倍を基準にそれより短く調整されれば良い。このようにループエレメント５を配置することで、ループエレメント５には、第１エレメント３及び第２エレメント４に発生する電流を相殺するような、逆向きの電流が発生する。これにより、ホット端子１とグラウンド端子２に接続されるケーブルに、第１エレメント３及び第２エレメント４に発生する電流が乗りにくくなる。即ち、円偏波対応アンテナを接地した場合と略同様の効果が得られる。したがって、本発明の円偏波対応アンテナは、車両のルーフ等への接地が必要なくなり、取り付け性が向上する。

このような構成により、インピーダンスが低くなるため（例えば６０Ω程度）、本発明の円偏波対応アンテナには、インピーダンス調整用のバランを要しない。よって、本発明の円偏波対応アンテナに接続するピックアップ部を小さく構成できると共に、コストの削減も可能となる。

なお、図示例では、ループエレメント５は略正方形のものを示したが、本発明の円偏波対応アンテナはこれに限定されず、長方形でも良いし、曲線を有する形状、例えば円形でも良い。

また、各端子及び各エレメントは、例えば導電性金属細線、又は、導電性金属箔等の導電性部材を用いて形成されれば良い。また、これらは、例えば誘電体の透明フィルム上に構成されれば良い。なお、軽量化を図った樹脂製ボディ等にアンテナを埋め込む場合には、ボディの樹脂等に直接配置しても良い。

次に、本発明の第２実施例の円偏波対応アンテナを、図２を用いて説明する。図２は、無給電素子を有する本発明の円偏波対応アンテナを説明するための概略平面図である。図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。

本発明の第２実施例の円偏波対応アンテナでは、無給電素子６を、ループエレメント５内に配置している。そして、無給電素子６は、第１エレメント３又は第２エレメント４の少なくとも一方の先端近傍に容量結合するように配置されている。図示例では、第１エレメント３の先端近傍に容量結合するように配置されている。また無給電素子６は、ループエレメント５に沿って配置されている。なお、図示例では、デザイン性を考慮して、無給電素子６をループエレメント５の３辺に沿うように配置しているが、本発明はこれに限定されず、第１エレメント又は第２エレメントの少なくとも一方の先端近傍に容量結合するように配置されていれば、ループエレメントの１辺にのみ沿って配置されるものであっても良い。

なお、インピーダンスの調整は、無給電素子６と第１エレメント３との重なり部分の長さａ及び無給電素子６と第１エレメント３との離間距離ｂによって行われれば良い。

本発明の第２実施例の円偏波対応アンテナでは、このような構成により、インピーダンスの調整や、利得の向上、帯域幅の向上を図ることが可能となる。

このように構成された第２実施例における円偏波対応アンテナの放射特性及び軸比特性の計測を行った。図３は、本発明における円偏波対応アンテナの放射特性を表わすグラフである。このときの第２実施例における円偏波対応アンテナの具体的な寸法等は以下の通りである。なお、ここでは１．５ＧＨｚの円偏波を受信する場合を想定し、寸法等を決定した。

第１エレメント３のエレメント長は２４．５ｍｍとし、また、第２エレメント４のエレメント長は２９ｍｍとした。ループエレメント５の１辺の長さの第１エレメント３に平行な辺は４６．３ｍｍ、第２エレメント４に平行な辺は４６．８ｍｍとした。また、無給電素子５と第１エレメント３との重なり部分の長さａは９ｍｍ、離間距離ｂは０．７ｍｍとした。なお、上述の第１エレメント３、第２エレメント４、ループエレメント５及び無給電素子６は、０．３ｍｍ幅の導電性部材を用いて形成した。

図示の通り、本発明の円偏波対応アンテナのビーム幅は、８２．２５度であり、広いビーム幅を有する。また、利得も０．５ｄＢｉと良好な結果を示している。

図４は、本発明の円偏波対応アンテナの軸比特性を比較したグラフである。なお、このときの円偏波対応アンテナの具体的な寸法も上述のものと同様である。図中、縦軸が軸比特性（ｄＢ）、横軸が角度（ｄｅｇ）を示す。なお、特許文献３に記載のループアンテナ方式の円偏波対応アンテナを比較対象として示した。図中、黒線は、本発明の円偏波対応アンテナの軸比特性であり、グレー線は、比較例であるループアンテナ方式の円偏波対応アンテナの軸比特性である。

図示の通り、本発明の円偏波対応アンテナは、比較例であるループアンテナ方式の円偏波対応アンテナより平均的に良好な値を示していることが分かる。

このように、本発明の円偏波対応アンテナは、利得、軸比特性共に良好であり、円偏波対応アンテナとして良好な特性を有している。

次に、本発明の第３実施例を、図５を用いて説明する。図５は、本発明の円偏波対応アンテナの複合アンテナを説明するための概略平面図である。図中、図２と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。本発明の第３実施例の円偏波対応アンテナは、本発明の円偏波対応アンテナと他のアンテナを組み合わせた複合アンテナである。

例えば、図５には、本発明の第２実施例の円偏波対応アンテナとデジタルテレビ放送用アンテナとを組み合わせた複合アンテナを示した。しかしながら、本発明はこれに限定されず、他のアンテナと組み合わせた複合アンテナでも良い。図示のように、例えばループ状のデジタルテレビ放送用ループアンテナ７を組み合わせる場合には、円偏波対応アンテナの周辺を囲うように配置すれば良い。なお、デジタルテレビ放送用ループアンテナ７と円偏波対応アンテナとの相互干渉により円偏波信号の受信に悪影響が生じない程度に、離間距離をとってデジタルテレビ放送用ループアンテナ７と円偏波対応アンテナとが配置されることが好ましい。デジタルテレビ放送用ループアンテナ７は、円偏波対応アンテナと同様の導電性部材で形成されれば良い。

また、図示例では、本発明の円偏波対応アンテナとループアンテナとの組み合わせを示したが、本発明はこれに限定されず、例えば本願と同一出願人による特開２００９−２９８９８や特開２００９−２９８９９に記載のＴ字型デジタルテレビ放送用アンテナを組み合わせても良い。さらに、テレビ放送用アンテナに限らず、他の種々のアンテナを組み合わせても良い。

なお、本発明の円偏波対応アンテナは、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１ ホット端子
２ グラウンド端子
３ 第１エレメント
４ 第２エレメント
５ ループエレメント
６ 無給電素子
７ デジタルテレビ放送用ループアンテナ

Claims (7)

1. 円偏波の受信が可能な円偏波対応アンテナであって、該円偏波対応アンテナは、
   ホット端子と、
   グラウンド端子と、
   前記ホット端子から延在する第１エレメントと、
   前記第１エレメントに対して垂直方向にグラウンド端子から延在する第２エレメントと、
   前記グラウンド端子から延在し、ホット端子、第１エレメント及び第２エレメントを囲ってグラウンド端子に戻るループエレメントと、
   を具備することを特徴とする円偏波対応アンテナ。
2. 請求項１に記載の円偏波対応アンテナにおいて、前記ループエレメントは、略正方形であることを特徴とする円偏波対応アンテナ。
3. 請求項２に記載の円偏波対応アンテナにおいて、
   第１エレメント及び第２エレメントの一方の長さは、ターゲット周波数のλ／４を基準にそれより短く調整され、
   第１エレメント及び第２エレメントの他方の長さは、ターゲット周波数のλ／４を基準にそれより長く調整され、
   ループエレメントの１辺の長さは、ターゲット周波数のλ／４を基準にそれより短く調整される第１エレメント及び第２エレメントの一方の長さの２倍を基準にそれより短く調整される、
   ことを特徴とする円偏波対応アンテナ。
4. 請求項２又は請求項３に記載の円偏波対応アンテナにおいて、前記ループエレメントは、第１エレメント及び第２エレメントに平行に沿う辺を有することを特徴とする円偏波対応アンテナ。
5. 請求項１乃至請求項４の何れかに記載の円偏波対応アンテナであって、さらに、前記ループエレメント内に配置され、第１エレメント又は第２エレメントの少なくとも一方の先端近傍に容量結合するように配置される無給電素子を具備することを特徴とする円偏波対応アンテナ。
6. 請求項５に記載の円偏波対応アンテナにおいて、前記無給電素子は、ループエレメントに沿って配置されることを特徴とする円偏波対応アンテナ。
7. 請求項１乃至請求項６の何れかに記載の円偏波対応アンテナであって、さらに、デジタルテレビ放送用アンテナを具備することを特徴とする円偏波対応アンテナ。