(57)【要約】【課題】螺旋状アンテナ素子が複数あっても小型化が容易なアンテナ及びそれを備えるアンテナ装置を提供すること。【解決手段】棒状の支持体（芯棒４５）と、前記支持体の軸（軸線４７）に巻かれた第１の螺旋状アンテナ素子（アンテナ巻線２０）と、前記第１の螺旋状アンテナ素子と絶縁体（絶縁材５０）を介して重なり合って前記軸周りに前記第１の螺旋状アンテナ素子とは逆回りに巻かれた第２の螺旋状アンテナ素子（アンテナ巻線３０）とを備える、アンテナ及びそれを備えるアンテナ装置。前記第１の螺旋状アンテナ素子と前記第２の螺旋状アンテナ素子は、前記支持体の根元部４６で電気的に接続されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
棒状の支持体と、
前記支持体の軸周りに巻かれた第１の螺旋状アンテナ素子と、
前記第１の螺旋状アンテナ素子と絶縁体を介して重なり合って前記軸周りに前記第１の螺旋状アンテナ素子とは逆回りに巻かれた第２の螺旋状アンテナ素子とを備える、アンテナ。
【請求項２】
前記第１の螺旋状アンテナ素子の長さは、前記第２の螺旋状アンテナ素子よりも長い、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
前記第１の螺旋状アンテナ素子は、前記第２の螺旋状アンテナ素子よりも長さの長い第１の巻線部と、前記第１の巻線部よりも巻きピッチの狭い第２の巻線部とを有する、請求項２に記載のアンテナ。
【請求項４】
前記第２の螺旋状アンテナ素子は、前記第１の螺旋状アンテナ素子の外側で巻かれた、請求項１から３のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項５】
前記第１の螺旋状アンテナ素子と前記第２の螺旋状アンテナ素子は、前記支持体の根元部で電気的に接続された、請求項１から４のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載のアンテナと、
前記第１の螺旋状アンテナ素子及び前記第２の螺旋状アンテナ素子に電気的に接続される電子回路部を内蔵するベース部とを備える、アンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の螺旋状アンテナ素子を備えるアンテナ及びそれを備えるアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の螺旋状アンテナ素子を備えるアンテナに関する先行技術文献として、例えば、特許文献１，２が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３７４２６号公報
【特許文献２】特開２０１１−１５１５７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の従来技術では、第１の螺旋状アンテナ素子の巻きピッチを大きくしなければ、第１の螺旋状アンテナ素子の巻きピッチ間に第２の螺旋状アンテナ素子を配置することができない。そのため、第１の螺旋状アンテナ素子の長さが長くなり、アンテナを小型化することが難しい。
【０００５】
本発明は、螺旋状アンテナ素子が複数あっても小型化が容易なアンテナ及びそれを備えるアンテナ装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明は、
棒状の支持体と、
前記支持体の軸周りに巻かれた第１の螺旋状アンテナ素子と、
前記第１の螺旋状アンテナ素子と絶縁体を介して重なり合って前記軸周りに前記第１の螺旋状アンテナ素子とは逆回りに巻かれた第２の螺旋状アンテナ素子とを備える、アンテナ及びそれを備えるアンテナ装置を提供するものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、螺旋状アンテナ素子が複数あってもアンテナを容易に小型化できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施形態に係るアンテナ装置の構成図
【図２】一実施形態に係るアンテナに構成されるサブアッセンブリの側面図
【図３】一実施形態に係るアンテナの側面図
【図４】アンテナの根元部及びその根元部に取り付けられるコネクタ部の側面図
【図５】２つのアンテナ素子の巻き方向が逆のときのリターンロス特性
【図６】２つのアンテナ素子の巻き方向が同じときのリターンロス特性
【図７】２つのアンテナ素子の巻き方向が同じときと逆のときのアンテナ利得特性
【発明を実施するための形態】
【０００９】
＜アンテナ装置１０＞
図１は、本発明の一実施形態であるアンテナ装置１０を車体１００に固定した状態を示した側面図である。自動車等の車両用のアンテナ装置１０は、車体１００（例えば、車両のルーフの後部表面など）に所定の固定手段で固定されるベース部６０と、ベース部６０に接続されるロッド部４０とを備えている。
【００１０】
ベース部６０は、ロッド部４０の下端部に設けられたコネクタ部４１に接続されるコネクタ部６１と、コネクタ部６１に電気的に接続される電子回路部６２とを有している。コネクタ部４１とコネクタ部６１とが機械的且つ電気的に接続されることによって、ロッド部４０に内蔵される後述のロッドアンテナ７０（図３参照）に構成される螺旋状アンテナ素子が、ベース部６０に内蔵される電子回路部６２に電気的に接続される。ロッドアンテナ７０の螺旋状アンテナ素子と電子回路部６２が電気的に接続されることにより、当該螺旋状アンテナ素子と電子回路部６２との間で信号が伝達可能になる。電子回路部６２は、例えば、ロッドアンテナ７０の螺旋状アンテナ素子で受信した信号を増幅する増幅器などが実装された回路基板を有している。
【００１１】
＜ロッドアンテナ７０＞
図２，図３は、ロッドアンテナ７０の構成を説明するための図である。図２は、図３のロッドアンテナ７０が完成する前のサブアッセンブリ７１の側面図であり、図３は、完成後のロッドアンテナ７０の側面図である。ロッドアンテナ７０は、１ターン（１巻き）の長さが波長に対して十分短いノーマルモードヘリカルアンテナである。なお、ロッドアンテナは、ポールアンテナと称してもよい。
【００１２】
ロッドアンテナ７０は、棒状の支持体を備えている。図２，図３は、棒状の支持体として、芯棒４５が例示されている。芯棒４５は、樹脂等の絶縁性を有する柱状部材である。芯棒４５は、車両搭載上、可撓性を有すると好ましい。芯棒４５は、棒状であれば柱状以外の任意の形状でよく、例えば筒状体でもよいし錐体でもよい。図には、テーパー部分が根元部４６側に形成された円柱状の芯棒４５が例示されている。
【００１３】
ロッドアンテナ７０は、棒状の支持体の軸周りに巻かれた第１の螺旋状アンテナ素子と、第１の螺旋状アンテナ素子と絶縁体を介して重なり合って前記軸周りに第１の螺旋状アンテナ素子とは逆回りに巻かれた第２の螺旋状アンテナ素子とを備えている。図２，図３には、第１の螺旋状アンテナ素子として、芯棒４５の軸線４７周りに芯棒４５の外周面に螺旋状に巻き回されたアンテナ巻線２０が例示されている。図３には、第２のアンテナ素子として、アンテナ巻線２０と絶縁材５０を介して交差するように重なり合って軸線４７周りにアンテナ巻線２０とは逆回りに螺旋状に巻き回されたアンテナ巻線３０が例示されている。図３の場合、アンテナ巻線３０はアンテナ巻線２０の外側で巻き回されているので、アンテナ巻線２０全体のうち、芯棒４５の外周面と絶縁材５０との間に位置する巻線部分は、点線で示されている。
【００１４】
このように、ロッドアンテナ７０は、アンテナ巻線２０とアンテナ巻線３０が絶縁体５０を介して重なり合っている。これにより、アンテナ巻線２０とアンテナ巻線３０による広帯域化を確保しつつ、ロッドアンテナ７０及びロッドアンテナ７０を覆うロッド部７０を容易に小型化できる。例えば、ロッドアンテナ７０の全長を容易に短くでき、ひいてはロッド部４０の全長Ｌ（図１参照）も容易に短くできる。
【００１５】
また、アンテナ巻線３０はアンテナ巻線２０の外側で巻き回されているので、アンテナ巻線２０の巻き方を変更することなく、アンテナ巻線３０を巻くことができる。したがって、アンテナ巻線２０のアンテナ特性に大きな影響を与えないように、所望のアンテナ特性に設計されたアンテナ巻線３０を後付けできる。
【００１６】
アンテナ巻線２０は、芯棒４５の軸線４７の延伸方向ｘから見ると、芯棒４５の外周面を反時計回りに巻かれ、アンテナ巻線３０は、延伸方向ｘから見ると、アンテナ巻線２０の外周周りを時計回りに巻かれているが、これに限定されない。例えば、アンテナ巻線２０は、延伸方向ｘから見て、芯棒４５の外周面を時計回りに巻かれ、アンテナ巻線３０は、延伸方向ｘから見て、アンテナ巻線２０の外周周りを反時計回りに巻かれていてもよい。
【００１７】
このように、アンテナ巻線２０とアンテナ巻線３０が互いに逆回りに芯棒４５の長手方向に伸びる軸線４６周りに巻かれることによって、巻き方向が同じ場合に比べて、アンテナ巻線２０の電界成分とアンテナ巻線３０の電界成分が結合しにくくなる。したがって、アンテナ巻線２０とアンテナ巻線３０は電界的に互いに影響を与えにくくなる。これにより、アンテナ巻線２０及びアンテナ巻線３０のアンテナ利得を増大できる。また、アンテナ巻線２０及びアンテナ巻線３０の動作周波数帯を広帯域化できる。
【００１８】
また、図２の場合、アンテナ巻線２０を芯棒４５に巻き易くするため、アンテナ巻線２０の下端部は芯棒４５にテープ２４で固定されてよい。同様に、アンテナ巻線３０をアンテナ巻線２０及び絶縁材５０の上で巻き易くするため、アンテナ巻線３０の下端部はテープ２４に重なるようにテープ２５で固定されてよい。このような固定部材は、テープ以外の任意の部材（例えば、キャップ、リングなど）であってよく、導体でも絶縁体であってもよい。
【００１９】
ロッドアンテナ７０を複数の異なる周波数帯の電波を送受できる多周波アンテナとして使用する場合、アンテナ巻線２０及びアンテナ巻線３０を互いに異なる長さに調整するとよい。例えば、アンテナ巻線２０は、所定の第１の周波数帯で動作する長さに調整され、アンテナ巻線３０は、第１の周波数帯と異なる第２の周波数帯で動作する長さに調整されるとよい。図２，図３の場合、アンテナ巻線２０の長さ（Ｌ１＋Ｌ２）は、アンテナ巻線３０の長さＬ３よりも長い。つまり、アンテナ巻線３０は、アンテナ巻線２０が送受できる電波よりも高帯域の電波を送受できる。例えば、アンテナ巻線３０を、ＧＳＭ(登録商標)８００の周波数帯（８２４〜９６０ＭＨｚ）で励振させる場合、Ｌ３を６０〜８０ｍｍに設定すると好適である（ＧＳＭ：Global  System  for  Mobile  Communications）。
【００２０】
また、アンテナ巻線２０は、アンテナ巻線３０よりも長さの長い第１の巻線部として、巻線部２１を有し、巻線部２１よりも巻きピッチの狭い第２の巻線部として、巻線部２２を有している。すなわち、巻線部２１の長さＬ１は、アンテナ巻線３０の長さＬ３よりも長く、巻線部２２の隣り合う巻線間の巻きピッチＰ２は、巻線部２１の隣り合う巻線間の巻きピッチＰ１よりも狭い。これにより、アンテナ巻線２０は、アンテナ巻線３０が送受できる電波よりも低帯域の電波を巻線部２１で送受できるとともに、巻線部２１で送受できる電波よりも低帯域の電波を巻線部２１及び巻線部２２で送受できる。
【００２１】
また、巻きピッチＰ２を巻きピッチＰ１よりも狭くすることにより巻線部２２の長さＬ２を短縮できる。そのため、巻線部２１で送受できる電波よりも低帯域の電波を巻線部２１及び巻線部２２で送受できることを確保しつつ、アンテナ巻線２０の長さ（Ｌ１＋Ｌ２）を短縮できる。アンテナ巻線３０の巻きピッチＰ３は、巻線部２１の巻きピッチＰ１と同じでも異なってもよい。
【００２２】
巻線部２１は、芯棒４５の下端部側に設けられ、巻線部２２は、芯棒４５の先端部側に設けられ、巻線部２１と巻線部２２は一連の巻線でコイル状に形成されている。
【００２３】
アンテナ巻線２０は、巻線部２１と巻線部２２との間にフィルタ部２３を備えている。フィルタ部２３は、巻線部２１及び巻線部２２と同じ一連の巻線が、巻きピッチＰ１，Ｐ２よりも狭く、且つ、零にならない範囲のピッチで密に芯棒４５に巻かれることで形成されている。密に巻かれることにより、巻線部２１と巻線部２２との間の接続部分のインダクタンス成分が大きくなり、当該接続部分がフィルタとして機能する。フィルタ部２３は、巻線部２１及び巻線部２２と同じ一連の巻線で形成されるのではなく、任意のフィルタ部品であってもよい。
【００２４】
絶縁材５０は、アンテナ巻線２０とアンテナ巻線３０との間に介在する絶縁層である。絶縁材５０は、筒状に巻かれたシート部材であってもよいし、筒状に形成された樹脂モールドでもよい。また、図の場合、巻線部２１とアンテナ巻線３０が絶縁されるように、絶縁材５０が巻線部２１の外周側から覆うように巻かれている。
【００２５】
絶縁材５０が接着性の有する粘着テープ等の接着材であると、アンテナ巻線２０とアンテナ巻線３０との間の絶縁性を確保したまま、アンテナ巻線２０を芯棒４５の外周面に安定的に固定できる。絶縁材５０の外周面に接着性があれば、アンテナ巻線３０を絶縁材５０に安定的に固定できる。
【００２６】
図４は、図１に示したコネクタ部４１及びコネクタ部４１に接続されるロッドアンテナ７０の根元部４６の側面図である。絶縁材５０は、根元部４６を除いて、アンテナ巻線２０の外周側に巻かれている。
【００２７】
コネクタ部４１は、図１に示したベース部６０のコネクタ部６１と連結される取付部４２と、根元部４６が連結される筒部４３とを有している。コネクタ部４１は、取付部４２と筒部４３が一体的に形成された導電性の金具である。
【００２８】
取付部４２は、例えば、コネクタ部６１の雌ねじ部と締結可能な雄ねじ部が形成されている。筒部４３は、根元部４６を収容する内周部を有している。根元部４６が筒部４３に挿入されて接触することによって、アンテナ巻線２０及びアンテナ巻線３０は筒部４３に根元部４６で互いに電気的に接続される。筒部４３は、例えば、かしめ加工や半田付けされることによって、アンテナ巻線２０及びアンテナ巻線３０と根元部４６で電気的に接続される。
【００２９】
アンテナ巻線２０及びアンテナ巻線３０は、筒部４３に電気的に接続されることにより、取付部４２及びベース部６０のコネクタ部６１を介して、電子回路部６２に電気的に接続される。つまり、コネクタ部６１及びコネクタ部４１、並びに根元部４６は、アンテナ巻線２０とアンテナ巻線３０の共通の給電部に相当する。
【００３０】
＜実験結果＞
次に、図３に例示したロッドアンテナ７０の形態において、アンテナ巻線２０及びアンテナ巻線３０の各寸法を変えずに巻き方向のみを変えて、各ロッドアンテナのアンテナ特性を測定した結果について説明する。本実験では、アンテナ巻線２０の巻線部２１の長さＬ１を、地上デジタルテレビ放送帯（４７０〜７７０ＭＨｚ）で励振する長さに設定した。また、アンテナ巻線２０の長さ（Ｌ１＋Ｌ２）を、ＦＭ放送帯（７６〜１０８ＭＨｚ（日本のＦＭ放送帯：７６〜９０ＭＨｚ、米国のＦＭ放送帯：８８〜１０８ＭＨｚ））及びＡＭラジオ放送帯（５２０〜１７００ｋＨｚ）で励振する長さに設定した。また、アンテナ巻線３０を、ＧＳＭ８００の周波数帯（８２４〜９６０ＭＨｚ）で励振する長さに設定した。
【００３１】
図５は、アンテナ巻線２０とアンテナ巻線３０が互いに逆回り巻かれたロッドアンテナ（つまり、本発明の一実施形態）のＳ１１特性である。図６は、アンテナ巻線２０とアンテナ巻線３０が同じ巻き方向に巻かれたロッドアンテナ（つまり、特許文献１，２の技術を適用した比較例）のＳ１１特性である。図４，図５の縦軸のＳ１１は、各周波数ｆに対する反射損失（リターンロス）を表す。
【００３２】
図から明らかなように、図５の地上テレビ放送及びＧＳＭ８００におけるリターンロスのピークは、図６の場合に比べて、約２〜３ｄＢ低いという有利な結果が得られた。また、例えば−１０ｄＢを基準値に設定して比較すると、互いに離れた両周波数帯それぞれにおいて、広帯域化することができた。
【００３３】
図７は、アンテナ巻線２０，３０の巻き方向の違いによるアンテナ利得（Gain）の比較結果である。図７において、「Cross」は逆回りに巻かれたロッドアンテナのアンテナ利得を示し、「Parallel」は同じ巻き方向に巻かれたロッドアンテナのアンテナ利得を示している。図７に示されるように、２つのアンテナ巻線を互いに逆回りに巻くことによって、ＧＳＭ８００のほぼ全域の周波数ｆでアンテナ利得を向上させることができた。
【００３４】
以上、アンテナ及びそれを内蔵するアンテナ装置を実施形態例により説明したが、本発明は上記実施形態例に限定されるものではない。他の実施形態例の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。
【００３５】
例えば、螺旋状アンテナ素子の数は、２つに限らず、３つ以上あってもよい。また、第１の螺旋状アンテナ素子と第２の螺旋状アンテナ素子の巻線の線径は、同じでも異なってもよい。また、第１の螺旋状アンテナ素子と第２の螺旋状アンテナ素子の巻きピッチは、同じでも異なってもよい。また、第１の螺旋状アンテナ素子と第２の螺旋状アンテナ素子の巻きピッチは、それぞれ、途中で変化しても一定であってもよい。また、第１の螺旋状アンテナ素子と第２の螺旋状アンテナ素子の巻き径は、途中で変化しても一定でもよい。また、図示の螺旋状アンテナ素子の巻き数ｎ、長さＬ、ピッチＰ、巻き径φなどの各寸法は、一例にすぎず、所望のアンテナ特性に応じて任意に変更されてよい。
【００３６】
また、上述の実施形態では、棒状の支持体として、芯棒４５を例示したが、棒状の支持体は、ロッドアンテナを覆って収容するロッド部４０（図１参照）でもよい。
【００３７】
また、アンテナ巻線２０とアンテナ巻線３０との間に介在する絶縁体は、アンテナ巻線２０とアンテナ巻線３０の少なくとも一方の表面に形成された絶縁被膜でもよい。
【００３８】
また、上述の実施形態では、第１の螺旋状アンテナ素子と第２の螺旋状アンテナ素子は、いずれも、棒状の支持体である芯棒４５の外周側で巻かれているが、芯棒４５が筒状である場合、一方又は両方が、芯棒４５の内部で巻かれていてもよい。また、上述の実施形態では、全長の短い螺旋状アンテナ素子が全長の長い螺旋状アンテナ素子の外側で巻かれている（アンテナ巻線３０がアンテナ巻線２０の外側で巻かれている）が、全長の短い螺旋状アンテナ素子が全長の長い螺旋状アンテナ素子の内側で巻かれてもよい。
【００３９】
また、第１の螺旋状アンテナ素子の長さが第２の螺旋状アンテナ素子よりも長い場合、第１の螺旋状アンテナ素子は、３０Ｍ〜０．３ＧＨｚのＶＨＦ帯に利用されると好適である。ＶＨＦ帯の電波の用途として、日本のＦＭ放送帯（７６〜９０ＭＨｚ）、米国のＦＭ放送帯（８８〜１０８ＭＨｚ）、テレビＶＨＦ帯（９０〜１０８ＭＨｚ、１７０〜２２２ＭＨｚ）、デジタルオーディオ放送（Digital  Audio  Broadcasting：ＤＡＢ）のバンドIII（１７４〜２４０ＭＨｚ）が挙げられる。また、第１の螺旋状アンテナ素子は、例えば、３００ｋ〜３ＭＨｚのＭＦ帯に利用されると好適である。ＭＦ帯の電波の用途として、ＡＭラジオ放送（５２０〜１７００ｋＨｚ）が挙げられる。
【００４０】
また、第１の螺旋状アンテナ素子の長さが第２の螺旋状アンテナ素子よりも長い場合、第２の螺旋状アンテナ素子は、０．３Ｇ〜３ＧＨｚのＵＨＦ帯に利用されると好適である。ＵＨＦ帯の電波の用途として、車両用キーレスエントリーシステム（３００〜４５０ＭＨｚ）、自動車電話用の８００ＭＨｚ帯（８２４〜９６０ＭＨｚ）、ＤＡＢのＬバンド（１４５２〜１４９２ＭＨｚ）、自動車電話用の１．５ＧＨｚ帯（１．４２９〜１．５０１ＧＨｚ）、人工衛星のＧＰＳ信号（Global  Positioning  System：１５７５．４２ＭＨｚ）、ＶＩＣＳ（登録商標）（Vehicle  Information  and  Communication  System：２．５ＧＨｚ）が挙げられる。
【符号の説明】
【００４１】
１０  アンテナ装置
２０  アンテナ巻線
２１，２２  巻線部
２３  フィルタ部
２４，２５  固定部
３０  アンテナ巻線
４０  ロッド部
４１  コネクタ部
４２  取付部
４３  筒部
４５  芯棒
４６  根元部
４７  軸線
５０  絶縁材
６０  ベース部
６１  コネクタ部
６２  電子回路部
７０  ロッドアンテナ
７１  サブアッセンブリ
１００  車体
【図１】
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【図２】
2014093623.tif 000004
【図３】
2014093623.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2014093623.tif 000008
【図７】
2014093623.tif 000009