JP2006186549A - 台形型エレメントアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】ダイポールアンテナを地上波デジタル放送受信用に用い、そのアンテナを自動車へ搭載してダイポールアンテナを地上波デジタル放送受信用のアンテナとして使用する場合、帯域幅が狭いため１つのエレメントで帯域幅を満たすことが難しい。
【解決手段】台形型エレメントアンテナ１は、台形型エレメント（２，３）と、給電点５と、無給電素子４と、を有している。台形型エレメント２と台形型エレメント３は給電点５を中心軸にして対称形であり、台形型エレメント２，３の幅はH1、給電点を含み長辺長はL1、短辺長はL2である。さらに、無給電素子４は導電体の板であり、給電点５とは接続されておらず、長さL3、幅はH3であり、台形型エレメント（２，３）からH2離れて配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は車載用の台形型エレメントアンテナに関し、特に地上波デジタル放送受信可能な車両用の台形型エレメントアンテナに関する。

図７は、従来構成におけるダイポールアンテナの構造図である。ダイポールアンテナの片側のエレメント長をλ／４とすると、エレメントの全長ではλ／２となる。一般的にλ／２のダイポールアンテナは半波長ダイポールアンテナとも呼ばれる。また、この時のアンテナ利得は、２．１５ｄＢｉとなる。

図８は、従来構成におけるダイポールアンテナの放射パターンの特性図である。Ｘ−Ｙ平面でカットしたアンテナパターンは、ダイポールに垂直な方向がピークとなり図に示すように“８の字”のような放射パターンとなる。

図９は、従来構成におけるダイポールアンテナのリターンロスを示した特性図である。電力保存の法則より、電気的に測定したリターンロスが空間に放射される電磁波を示すことから、放射電磁波の共振周波数は６００ＭＨｚとなり、リターンロスの目標値が−１０ｄＢと仮定すると帯域幅は５５０ＭＨｚ〜６５０ＭＨｚとなる。しかし、このままでは、帯域幅４７３ＭＨｚ〜７０１ＭＨｚの地上波デジタル放送受信用としては十分な特性が望めない。

また、ダイポールアンテナを地上波デジタル放送受信用に用い、そのアンテナを自動車へ搭載してダイポールアンテナを地上波デジタル放送受信用のアンテナとして使用する場合、帯域幅が狭いため１つのエレメントで帯域幅を満たすことが難しい。例えば、アンテナの目標帯域幅４０％に対してダイポールの帯域幅は１７％となり、要求を満たせない。

そこで、特許文献１に示されているようにダイポールアンテナのエレメント部を平面化することにより、帯域幅を広域化する技術が公開されている。

特開２００３−５１７０８号公報

帯域幅を広げるため、特許文献１に示される技術を用いて、ダイポールアンテナを平面化したアンテナにて検討を行った時、ダイポールアンテナとの比較をすると全長は短縮可能であるが、エレメント部のサイズが大きくなる。このサイズで自動車への搭載の検討を行うと搭載可能な範囲が狭くなり実装することが難しいという課題がある。

以上のような課題を解決するために、本発明に係る台形型エレメントアンテナは、車載用の台形型エレメントアンテナであって、対向する長辺と短辺で形成される台形型導電体と、互いに並んだ台形型導電体に給電する給電点と、を有する平面ダイポールアンテナと、台形型導電体の短辺側に配置された無給電素子と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る台形型エレメントアンテナにおいて、無給電素子は、幅の狭い長方形又は台形形状であることを特徴とする。

本発明に係る台形型エレメントアンテナは、車載用の台形型エレメントアンテナであって、対応する長辺と短辺で形成される台形型導電体と、台形型給電点とグランドに接続する給電点と、を有する平面モノポールアンテナと、台形型導電体の短辺側に配置され、一端がグランドに接続された無給電素子と、を備えることを特徴とする。

地上波デジタル放送受信用（帯域幅：４７３ＭＨｚ〜７０１ＭＨｚ）にダイポールアンテナを用いると、目標の帯域幅に対して未達であったが、本発明を用いた台形型エレメントアンテナの形状にすることにより広帯域化が可能となり目標帯域幅を満たすことができるという効果がある。

また、エレメント部の小型化のために無給電素子を使用することで平面化したダイポールアンテナと比較した場合、エレメントサイズを小型化することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。

図１は、本発明に係る第１の実施形態における台形型エレメントアンテナのパターン図である。台形型エレメントアンテナ１は、台形型エレメント（２，３）と、給電点５と、無給電素子４と、を有している。台形型エレメント２と台形型エレメント３は給電点５を中心軸にして対称形である。

また、台形型エレメント２，３の幅はH1であり、給電点を含み長辺長はL1、短辺長はL2である。さらに、これらエレメント２，３は導電体の板で形成されている。無給電素子４は長さL3、幅はH3であり、台形型エレメント（２，３）からH2離れて配置されている。また、無給電素子４は幅の狭い長方形の導電体の板であり、給電点５とは接続されていない。

図２は、本発明に係る第１の実施形態におけるリターンロス２共振の例を示す特性図である。リターンロスの目標値内に共振周波数ｆ１とｆ２があり、共振周波数ｆ１は実験的にλ／２＝（L１＋L２）／２の関係で決まり、リターンロスの目標値における帯域幅はH1により決まる。このように台形型エレメントの形状を決めることができる。

さらに、共振周波数ｆ２は実験的にλ／２＝L３とH２により決まり、帯域幅はH３により決まり、台形型エレメントアンテナのエレメントサイズが決定される。

動作について説明する。最初に給電点５から給電素子である台形型エレメント２，３へ電流が流れ、共振周波数ｆ１に対して共振する。次に、給電素子である台形型エレメント２，３の短辺側から無給電素子４に電流が誘起されて共振周波数ｆ２にて共振する。そして、それぞれの共振が重なり合い広帯域化を実現している。

図３は、参考構成における平面型ダイポールアンテナ１０と第１の実施形態における台形型エレメントアンテナ１のエレメントサイズの比較図である。図３左側の平面型ダイポールアンテナ１０の長方形型エレメント（６，７）を小型化するために、図３右側の台形型エレメント２，３と無給電素子４との間に隙間をあけることでコンデンサとして機能させ、アンテナ長の短縮を行った。

図４は、従来構成のダイポールアンテナと台形アンテナによるリターンロスの変化を示した特性図である。図３と図４に示すような実験によると、平面型ダイポールアンテナ１０の幅H4を１とすると台形型エレメントアンテナ１の幅H５は０．６となり、幅で４０％の小型化が実現できることが確認されている。一般的に、棒状のダイポールアンテナの近傍に無給電素子４を配置すると、２つの共振周波数を得ることは可能であるが、目標とするリターンロスにおける帯域幅を得ることができない。そこで、棒状の給電素子を平面状にすることで、帯域幅をカバーすることが可能であるという結果を得た。

さらに、エレメントのサイズを小型化しても帯域幅の減少を抑えるために平面型エレメントの形状を台形型とすることで、目標帯域幅４０％に対して本実施形態の台形型エレメントアンテナ１は４５％の帯域幅を得ることができた。

なお、本実施形態におけるL１〜H３の寸法比率に関し変更を行い、その条件に適した周波数、帯域幅への調整も当業者であれば好適に調整することが可能である。

また、エレメントの材質を軟性があり、導電性のある材料、例えは導電ゴム、導電性塗料などを使用しても好適であり、絶縁フィルム上に導電パターンを形成する方法でも実現できる。さらに、エレメントの材質を板状ではなく、網状にしても好適に現状と同等の性能を得ることが可能である。

図５は、本発明に係る第２の実施形態における台形型エレメントアンテナ１のパターン図である。無給電素子９の形状を幅の狭い長方形ではなく、台形にすることで帯域幅をより広帯域にすることが可能となる。しかし、幅（H3）が増加する傾向があるので、車両への搭載性に関わる小型化と広帯域化のトレードオフを検討する必要がある。

図６は、本発明に係る第３の実施形態におけるモノポール台形型アンテナ８のパターン図である。台形型エレメント３をモノポール状にして無給電素子４の一端をグランドに接続することで同様の性能を得ることが可能であり、さらなる小型化が可能となる。

以上、説明したように、本発明を用いると、地上波デジタルTV受信に限らず、AM、FMラジオ、携帯電話、ＳＤＡＲＳ，ＥＴＣなどにも対応が可能であることはいうまでもない。

本発明の実施形態によると、台形型エレメントと無給電素子４を台形にすることにより広帯域化が可能となり、地上波デジタル放送受信用（帯域幅：４７３ＭＨｚ〜７０１ＭＨｚ）の目標帯域幅を満たすことができるという効果がある。

本発明に係る第１の実施形態における台形型エレメントアンテナのパターン図である。 本発明に係る第１の実施形態におけるリターンロス２共振の例を示す特性図である。 参考構成における平面型ダイポールアンテナと第１の実施形態における台形型エレメントアンテナのエレメントサイズの比較図である。 従来構成のダイポールアンテナと台形アンテナによるリターンロスの変化を示した特性図である。 本発明に係る第２の実施形態における台形型エレメントアンテナのパターン図である。 本発明に係る第３の実施形態における台形型エレメントアンテナのパターン図である。 従来構成におけるダイポールアンテナの構造図である。 従来構成におけるダイポールアンテナの放射パターンの特性図である。 従来構成におけるダイポールアンテナのリターンロスを示した特性図である。

符号の説明

１ 台形型エレメントアンテナ、２，３ 台形型エレメント、４，９ 無給電素子、５ 給電点、８ モノポール台形型アンテナ、１０ 平面型ダイポールアンテナ。

Claims (3)

1. 車載用の台形型エレメントアンテナであって、
   対向する長辺と短辺で形成される台形型導電体と、互いに並んだ台形型導電体に給電する給電点と、を有する平面ダイポールアンテナと、
   台形型導電体の短辺側に配置された無給電素子と、
   を備えることを特徴とする台形型エレメントアンテナ。
2. 請求項１に記載の台形型エレメントアンテナにおいて、
   無給電素子は、幅の狭い長方形又は台形形状であることを特徴とする台形型エレメントアンテナ。
3. 車載用の台形型エレメントアンテナであって、
   対応する長辺と短辺で形成される台形型導電体と、台形型給電点とグランドに接続する給電点と、を有する平面モノポールアンテナと、
   台形型導電体の短辺側に配置され、一端がグランドに接続された無給電素子と、
   を備えることを特徴とする台形型エレメントアンテナ。

Images