JP3925364B2

JP3925364B2 - アンテナ及びダイバーシチ受信装置

Info

Publication number: JP3925364B2
Application number: JP2002257702A
Authority: JP
Inventors: 和夫佐藤; 晋一郎松沢; 訓利西川
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2002-09-03
Filing date: 2002-09-03
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2022-09-03
Also published as: JP2004096618A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車載用のアンテナに関し、特に、樹脂ボディー部分に設置することができるＦＭラジオやテレビ帯域用のアンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は、例えば下記の特許文献１等に見られる樹脂ルーフに設置された従来のループアンテナの平面図である。即ち、樹脂ルーフや樹脂トランク等の樹脂ボディーに設置可能な従来の車載用のアンテナとしては、例えば、図１０に例示される様な自動車１の樹脂ルーフ２に設置されるアンテナ等が公知である。これは、樹脂製の自動車ルーフ２に配置されるループ形状のアンテナ３であって、アンテナへの給電は同軸線路４を用いて行われている。
【０００３】
ＦＭラジオやＶＨＦ帯のテレビの周波数では、１波長が約４ｍ近くなることから、高い感度で受信するためには、ループアンテナの１辺は約１ｍ程度の長さが必要になる。図に示されるようにルーフ全体で、１つのアンテナを設置するスペースしかない。
【０００４】
図１１は、従来の樹脂ルーフに設置されたループアンテナの変形例（小型化) を例示する平面図である。例えば本図１１に示す様に、サンルーフ、もしくはムーンルーフ５が搭載されている車両では、自動車ルーフの前半分のスペースにアンテナを配置するこは、車両の仕様上無理である。そのため、図１０に示すループアンテナは利用できない。自動車１をグランドとして利用することで、周囲長が半分の接地型のループアンテナ３を利用することが容易に考えられる。
【０００５】
この場合、同軸線路４を用いて、６の場所において、アンテナ素子３と車体１の間隙に給電される。このアンテナは、周囲長が半分でも、車体をグランドとして利用しているため、図１０とほぼ同程度の感度で受信することができる。これらアンテナは、特に、ＦＭラジオ、テレビ放送帯電波の受信を良好にしたものである。
【０００６】
また、自動車においてＦＭラジオやテレビを受信する場合、自動車は、定在波を生じている移動通信環境を移動するため、１つのアンテナを利用して受信するだけでは、場所によっては受信感度が大きく低下してしまう。そのため、現在の自動車用ＦＭラジオ、テレビシステムでは、より高い感度を得るために、移動通信環境に合わせて、複数のアンテナを切り替え、最も高い感度のアンテナを利用して受信するダイバーシチ方式が一般的に使われている。
【０００７】
【特許文献１】
実開平２−３０６１１号公報（第３〜５頁、第１〜４図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、ＦＭラジオやテレビのＶＨＦ帯を高感度に受信する上記のダイバーシチ方式を実施するためには、複数のアンテナを配置する必要があるが、図１１に例示される従来例の略矩形等のアンテナ形状では、アンテナの小型化と高感度受信とを両立することが容易でない場合が多い。
これは、ダイバーシチ用に複数のアンテナを搭載するための十分なスペースを車両のルーフやボンネット等に確保することが、従来例のアンテナ形状では困難となる車種が少なくないためである。
【０００９】
図１２は、樹脂ルーフに設置された従来のループアンテナに対して小型化と複数化を図った変形例を例示する平面図である。上記のダイバーシチ受信に係わる問題に対する対策としては、例えば本図１２に例示する様な、ループアンテナを逆三角形に折り曲げて小型化し、複数アンテナを配置する形態等が思いつくかも知れない。
しかしながら、ループアンテナをこの様に単純に小型化すると、以下の２つの問題が生じる。
【００１０】
〔１〕周波数特性の問題
テレビ帯のＶＨＦバンドの一部周波数帯域（２００ＭＨｚ近辺）においてアンテナと給電線路の整合が大きく劣化し、受信感度が落ち込む。
【００１１】
図１３は、従来技術の問題点を説明する説明図である。例えば、本図１３（ａ）に示す逆三角形のアンテナの周囲長Ｌは動作する最も低い周波数において約0.５波長が必要である。１００ＭＨｚ付近で受信するためには1.５ｍの長さとなる。この場合、２００ＭＨｚ付近の周波数では、周囲長Ｌは１波長となる。アンテナを小型化するため、逆三角形のアンテナ構造としており、２００ＭＨｚの周波数では、アンテナの横方向の幅Ｗが波長に比べて狭くなり、長さ0.５波長の短絡スタブとして動作してしまう。そのため、インピーダンスが低下し、アンテナと同軸線路の整合がとれなくなり、受信感度が低下する。
【００１２】
〔２〕指向性の問題
テレビ帯のＶＨＦバンドにおいて受信感度が低下する方向が生じ、自動車が走行する方向によっては受信感度が落ち込むため、走行時に安定した高品質な音や画像が得られなくなる。
【００１３】
例えば、図１３（ｂ）に示す逆三角形のアンテナにおいては、図中の点ｂでアンテナの電流分布の位相は反転する。ただし、この点ｂは、アンテナのループ長の中点、即ち、Ｌ_ab＝Ｌ_bc＝0.５Ｌとなる点である。この位相反転により、横方向のアンテナ素子２２では点ｂを境に逆相の電流が流れることになる。その結果、この電流が互いに打ち消しあい、指向性において図面の上下方向で落ち込みが生じる。そのため、このアンテナを図１２に示すように自動車に搭載した場合、自動車の前後方向で受信感度の落ち込みが生じる。
【００１４】
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、主にＦＭラジオ、テレビ帯域用において、ダイバーシチ受信等に適した高い感度を有し、車両の樹脂ボディー等に容易に搭載することができるアンテナを実現することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段、並びに、作用及び発明の効果】
上記の課題を解決するためには、以下の手段が有効である。
即ち、本発明の第１の手段は、車両の樹脂ボディーに配設可能な車載用のアンテナにおいて、給電点付近を下方とする略逆三角形のループ構造を設け、このループ構造のループ長を自らの線路長によって調整する短絡スタブを、上記の略逆三角形の１つの頂点付近にそのループ構造に対して直列に挿入することにより、上記のループ構造のループ中点の位置と上記の頂点の位置とを略一致させることである。
【００１６】
この様な構成に従えば、前述の指向性の問題を解決することができる。図１は、本発明の作用・効果を説明する説明図である。例えば、上記の本発明の第１の手段に従う構成としては、本図１に例示される様な短絡スタブ２１をアンテナに直列に装荷する形態が考えられる。この様な構成により、電流の反転する点ｂをコーナー部分に配置することができ、横方向のアンテナ素子２２に流れる電流を有効に放射させることができる。この結果、このアンテナを図２に示すように自動車に搭載した場合、自動車の前後方向での受信感度の落ち込みをなくすことができる。
また、この様に装荷された短絡スタブ２１は、アンテナ全体の寸法を小さくする効果をも奏する。
【００１７】
また、本発明の第２の手段は、上記の第１の手段において、給電点付近を起点とする開放スタブをループ構造に対して並列に配置することである。
【００１８】
この様な構成に従えば、前述の周波数特性の問題を解決することができる。例えば、上記の本発明の第２の手段に従う構成としては、図１に例示される様に、２００ＭＨｚで0.２５波長となる開放スタブ２０を給電点付近にアンテナに並列に装荷する形態が考えられる。これにより、２００ＭＨｚ付近でのインピーダンスの値が増加し、同軸線路と整合が十分取れるようになるため、良好に受信できようになる。
【００１９】
また、本発明の第３の手段は、上記の第１又は第２の手段において、頂点と給電点との中点よりも上方で、かつ、頂点から受信電波の波長の１％以上下方に、上記の短絡スタブを形成することである。
【００２０】
この様な構成に従えば、横方向のアンテナ素子（例：図１３のアンテナ素子２２）に対する短絡スタブの近接作用が緩和され、短絡スタブを流れる電流による放射が横方向のアンテナ素子を流れる電流による放射を打ち消し難くなくなるので、横方向のアンテナ素子（例：図１３のアンテナ素子２２）に流れる電流に基づく電波を有効に放射させることができる。勿論、受信動作についても全く同様の原理により、良好な作用・効果が得られることは言うまでもない。
【００２１】
また、本発明の第４の手段は、上記の第１乃至第３の何れか１つの手段において、短絡スタブの形状を、１段凹形状、多段凹凸形状、波形状、平面コイル形状、又は立体コイル形状にすることである。
即ち、本発明の短絡スタブの形状は、アンテナのループ長を調整可能な形状であれば任意で良い。特に、コイル状に形成した場合、例えば、短絡孔を有するプリント基板の表裏両面を利用したり、立体的な巻線を利用したりすることにより、比較的狭い領域で長い距離（ループ長）を稼ぐことができる。
【００２２】
また、本発明の第５の手段は、車載用のダイバーシチ受信装置に、上記の第１乃至第４の何れか１つの手段に従うアンテナをルーフに２本、トランクルームのボンネットに２本、合計４本配置することである。
例えばこの様な構成により、本発明による上記のアンテナが有する良好な特性に基づいて、良好なダイバーシチ受信装置を実現することができる。
以上の本発明の手段により、前記の課題を効果的、或いは合理的に解決することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。ただし、本発明は以下に示す実施例に限定されるものではない。
〔第１実施例〕
図２、図３は、本発明の第１実施例のアンテナ１０の形状等に関するものである。
図２は、本第１実施例のアンテナ１０の車載形態を車内から見た平面図であり、自動車の樹脂ルーフ１１に設けた２本のアンテナ１０を示している。符号１２はムーンルーフを示している。本第１実施例のアンテナ１０は、樹脂ルーフの内側に設置されている。
【００２４】
このアンテナ１０は、自動車の車体フレーム１３に取り付けられた樹脂ルーフ１１に固定されており、線状導体で構成されているが、その他にも例えば平板導体等で形成しても良い。アンテナ１０は、同軸線路１４により給電されており、アンプ、セレクタ、チューナなどに接続される。
本図２の右側に給電部の構造を拡大して示す。同軸線路１４の外導体１６は車体フレームにはんだ付け１７などの手法により電気的に固定されている。また、内導体１５は、アンテナ素子１０にはんだ付け１７などの手法により電気的に接続されている。
【００２５】
図３は、本第１実施例のアンテナ１０の詳細図であり、アンテナ１０の構造を示している。逆三角形のループアンテナに、給電点付近に開放スタブ２０がアンテナ素子に並列に装荷されている。また電流分布を調整するためのスタブ２１がアンテナ素子の右上のコーナー部分にアンテナ素子に直列に装荷されている。
【００２６】
図３の水平方向のアンテナ素子２２の右端に位置している上記のコーナーで、受信波による電流の位相が丁度反転する好適なアンテナサイズとしては、例えば、１００ＭＨｚにおいて、Ｌ１＝0.１５波長、Ｌ２＝0.１３波長、Ｌ３＝0.０１波長、Ｌ４＝0.０３波長、Ｌ５＝0.０１波長、Ｌ６＝0.１５波長、Ｌ７＝0.０４波長、Ｌ８＝0.０３波長、Ｌ９＝0.１２５波長となる。
【００２７】
図４は、本第１実施例のアンテナの反射損特性を例示するグラフであり、アンテナ給電点における反射損を示している。スタブ２０が有る場合と無い場合の反射損を、実線および点線でそれぞれ示す。
【００２８】
スタブ２０がない場合、ＶＨＦ帯の２００ＭＨｚ付近で反射損が凡そ−３ｄＢ前後まで劣化し、電力の半分以上が給電線路に伝わらないため、受信感度が大きく劣化する。
しかしながら、スタブ２０を装荷すると、例えば本図４からも判る様にＶＨＦ帯の２００ＭＨｚ一帯で、反射損は−５ｄＢ以下にまで抑制され、ＶＨＦバンド、ＵＨＦバンドの全帯域において良好に受信できる。
尚、反射損が−５ｄＢ以下であることは、良好に受信するための一つの目安である。
【００２９】
図５は、本第１実施例のアンテナの指向性特性を例示するグラフであり、１００ＭＨｚにおける水平面内の指向性を示している。スタブ２１がない場合、図５（ａ）に示す様に、特に車両後方において受信感度の低下が見られる。スタブ２１をつけることによって、図５（ｂ）に示すように感度の落ち込みがなくなり、自動車の全方向において良好に受信できるようになる。
【００３０】
尚、上記の第１実施例（図２）では、ムーンルーフ１２を備えた樹脂ルーフ１１に実装するアンテナ１０の形態を例示したが、本発明のアンテナを実装するのに好適な樹脂ルーフの仕様は、ムーンルーフ（サンルーフ）等を備えたものに限定されるものではない。
本発明に基づくアンテナは、小型化が容易であるので、例えばムーンルーフ（サンルーフ）等を備えていない樹脂ルーフにおいては、３本、４本、又はそれ以上の複数本を実装することができる。この様な構成に従えば、ダイバーシチ受信に有効なアンテナ群を車両の樹脂ルーフに容易に実装することができる。
【００３１】
〔第２実施例〕
図６は、本第２実施例のアンテナ１０の車載形態を車内から見た平面図である。上記の第１実施例では、アンテナ１０の素子を同じ向きに並べて、左右対称に配置したが、例えば本図６に例示する様に、９０°回転させて、左右非対称に配置しても良い。この様な配置によれば、２本のアンテナの指向性を大きく異ならせることができ、ダイバーシチの効果をより高くすることができる。
【００３２】
また、この様な左右非対称の配置構成は、上記の第１実施例でも例示した様な、３本、４本、又はそれ以上の複数本のアンテナを実装する場合にも、有効である。例えば、ムーンルーフ（サンルーフ）等を備えていない樹脂ルーフの場合、各アンテナの配向を９０°ずつずらして、略卍形の配置を取る様に構成しても良い。この様な構成によっても、多数のアンテナの指向性を各々大きく異ならせることができるので、ダイバーシチの効果を高くすることができる。
【００３３】
〔第３実施例〕
図７は、本第３実施例のアンテナ１０の車載形態を示す斜視図である。本図７に示す様に、樹脂で作られたトランクリッド３０にアンテナを配置しても良く、この様な構成によっても、樹脂ルーフと同様に良好にＦＭラジオ、テレビを受信することができる。
【００３４】
また、この様な２本のアンテナを上記の各実施例の２本或いはそれ以上のアンテナと併用して、４本、５本、６本、或いはそれ以上のアンテナを有するダイバーシチ受信装置を構成することにより、車両の樹脂ボディーに搭載可能なダイバーシチ受信装置を従来よりも格段に高性能に構成することが可能となる。
【００３５】
また、これらの各アンテナの車体に対する向きは、各々任意で良い。これらの方向については、設置スペースのゆとりの有無や大小、或いは、第２実施例でも例示した様なダイバーシチの効果等を考慮して、好適或いは最適な組み合わせを選択することができる。
【００３６】
〔第４実施例〕
図８は、本第４実施例のアンテナ１０（スタブ２０の第１の変形例）を示す正面図である。上記の第１実施例では、２０のスタブを図３に示すように配置したが、例えば本図８に示すように、ループの内側に伸ばして構成してもよい。その様な構成によっても、前記の本発明の手段に基づく本発明の作用・効果を得ることができる。
【００３７】
〔第５実施例〕
図９は、本第５実施例のアンテナ１０（スタブ２０の第２の変形例）を示す正面図である。例えば本図９に示すようにアンテナ１０に直結することなく、車体フレームに直接接続し、アンテナに沿って配置してもよい。アンテナ素子に直接にスタブを接続しなくとも、この構成でアンテナ素子に並列にスタブを装荷した効果が得られる。
尚、この場合も、第１実施例と略同様に、開放スタブ２０の長さは２００ＭＨｚにおいて約0.２５波長とする必要がある。
【００３８】
尚、上記の各実施例においては、開放スタブを有するアンテナを例示したが、開放スタブは必ずしも設けなくとも良い。例えば、ＶＨＦバンドに属する２００ＭＨｚ近傍の帯域の電波の受信を必要としない受信装置等においては、その様な構成によっても、前記の本発明の手段に基づく本発明の作用・効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の作用・効果を説明する説明図。
【図２】第１実施例のアンテナ１０の車載形態を車内から見た平面図。
【図３】第１実施例のアンテナ１０の詳細図。
【図４】第１実施例のアンテナの反射損特性を例示するグラフ。
【図５】第１実施例のアンテナの指向性特性を例示するグラフ。
【図６】第２実施例のアンテナ１０の車載形態を車内から見た平面図。
【図７】第３実施例のアンテナ１０の車載形態を示す斜視図。
【図８】第４実施例のアンテナ１０（スタブ２０の第１の変形例）を示す正面図。
【図９】第５実施例のアンテナ１０（スタブ２０の第２の変形例）を示す正面図。
【図１０】従来の樹脂ルーフに設置されたループアンテナの平面図。
【図１１】従来の樹脂ルーフに設置されたループアンテナの変形例（小型化) を例示する平面図。
【図１２】従来の樹脂ルーフに設置されたループアンテナの変形例（小型化と複数化) を例示する平面図。
【図１３】従来技術の問題点を説明する説明図。
【符号の説明】
１０ … アンテナ
１１ … 樹脂ルーフ
１２ … ムーンルーフ
１３ … 車体フレーム
１４ … 同軸線
１５ … 同軸線の内導体
１６ … 同軸線の外導体
１７ … ハンダ
２０ … 開放スタブ（インピーダンス改善用スタブ）
２１ … 短絡スタブ（指向性改善用スタブ）
２２ … 水平方向のアンテナ素子
３０ … 樹脂トランク（トランクリッド）

Claims

車両の樹脂ボディーに配設可能な車載用のアンテナであって、
給電点付近を下方とする略逆三角形のループ構造を有し、
前記ループ構造のループ長を自らの線路長によって調整する短絡スタブが、前記略逆三角形の１つの頂点付近に、前記ループ構造に対して直列に挿入されることにより、
前記ループ構造のループ中点の位置と前記頂点の位置とが略一致している
ことを特徴とするアンテナ。
前記給電点付近を起点とする開放スタブが、前記ループ構造に対して並列に配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
前記短絡スタブは、
前記頂点と前記給電点との中点よりも上方で、かつ、前記頂点から受信電波の波長の１％以上下方に形成されている
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のアンテナ。
前記短絡スタブの形状は、
１段凹形状、多段凹凸形状、波形状、平面コイル形状、又は立体コイル形状である
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載のアンテナ。
車載用のダイバーシチ受信装置であって、
請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載のアンテナをルーフに２本、トランクルームのボンネットに２本、合計４本有する
ことを特徴とするダイバーシチ受信装置。