(57)【要約】【課題】地板を必要とせず、また、環状放射素子をメアンダ化することにより、設置に要する領域を狭小化することが可能なアンテナを含むアンテナ装置を実現する。【解決手段】アンテナ装置１は、環状放射素子２１により構成されたアンテナ２と、内側導体３１が環状放射素子２１に接続された同軸ケーブル３とを備えており、アンテナ２の環状放射素子２１と同軸ケーブル３の外側導体３２とが容量結合している。【選択図】図１
2014110626.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状放射素子により構成されたアンテナと、
内側導体が上記環状放射素子に接続された同軸ケーブルと、を備えており、
上記環状放射素子と上記同軸ケーブルの外側導体とが容量結合している、
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
上記環状放射素子は、
第１の方向に平行な複数の直線部と上記第１の方向に直交する第２の方向に平行な複数の折返部とからなる第１のメアンダ部と、
上記第１のメアンダ部の終端を始端とする第２のメアンダ部であって、上記第２の方向に平行な複数の直線部と上記第１の方向に平行な複数の折返部とからなる第２のメアンダ部と、
上記第２のメアンダ部の終端を始端とする第３のメアンダ部であって、上記第１の方向に平行な複数の直線部と上記第２の方向に平行な複数の折返部とからなる第３のメアンダ部と、
上記第３のメアンダ部の終端を始端とし、上記第１のメアンダ部の始端を終端とする第４のメアンダ部であって、上記第１の方向に平行な複数の直線部と上記第２の方向に平行な複数の折返部とからなる第４のメアンダ部と、により構成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
上記環状放射素子は、上記第１の方向に平行な短辺と上記第２の方向に平行な長辺とを含む長方形領域に形成されており、
上記長方形領域は、該長方形領域の長辺を底辺とする２つの等脚台形領域と、該長方形領域の短辺を底辺とする２つの二等辺三角形領域とに分割されており、
上記第１のメアンダ部は、上記２つの等脚台形領域の一方の上に広がっており、
上記第２のメアンダ部は、上記２つの二等辺三角形領域の一方の上に広がっており、
上記第３のメアンダ部は、上記２つの等脚台形領域の他方の上に広がっており、
上記第４のメアンダ部は、上記２つの二等辺三角形領域の他方の上に広がっている、
ことを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
上記第１のメアンダ部の全長をＬ１、上記第２のメアンダ部の全長をＬ２、上記第３のメアンダ部の全長をＬ３、上記第４のメアンダ部の全長をＬ４として、Ｌ１：Ｌ２：Ｌ３：Ｌ４＝３：１：３：１である、
ことを特徴とする請求項３に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
上記同軸ケーブルの内側導体が、上記第１のメアンダ部を構成する折返部のうち、上記長辺の中央に位置する折返部上に設けられた給電点に接続されており、
上記同軸ケーブルは、上記給電点を通り上記短辺に平行な直線上に敷設されている、
ことを特徴とする請求項３又は４に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
環状放射素子により構成されたアンテナに同軸ケーブルを接続する接続方法であって、
上記同軸ケーブルの内側導体を上記環状放射素子に接続する接続工程と、
上記同軸ケーブルの外側導体が上記環状放射素子と容量結合するように上記同軸ケーブルを敷設する敷設工程と、を含んでいる、
ことを特徴とする接続方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナと同軸ケーブルとを備えたアンテナ装置に関する。また、アンテナと同軸ケーブルとを接続する接続方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の車両に設置するアンテナ装置としては、透明な誘電体シートと、該誘電体シート上に形成された平面アンテナとを備えたアンテナ装置が広く用いられている。このようなアンテナ装置は、通常、フロントガラスに張り付けて使用される。
【０００３】
特許文献１には、透明な誘電体シートと、該誘電体シート上に形成されたループアンテナとを備えたアンテナ装置が開示されている。また、特許文献１には、このアンテナ装置をデジタルテレビ放送の受信に利用するために、ループアンテナの放射素子の全長（ループ長）を６０ｃｍとすることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１５８４５０（２００７年６月２１日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載のアンテナ装置をＦＭ放送の受信に利用する場合、これをフロントガラスに張り付けて使用することが困難になるという問題があった。
【０００６】
実際、ループアンテナの放射素子の全長は、よく知られているように、共振波長λ＝ｃ／ｆ（ｃは光速、ｆは共振周波数）と同程度になる。したがって、搬送波周波数が１００ＭＨｚ程度であるＦＭ放送を受信可能にするためには、ループアンテナの放射素子の全長を３００ｃｍ程度にする必要がある。一方、アンテナ装置を張り付けるために用い得るフロントガラス上の領域は、ドライバの視界を確保するために、面積が１０ｃｍ×１０ｃｍ以下であることが好ましいとされている。放射素子の全長が３００ｃｍのループアンテナを面積が１０ｃｍ×１０ｃｍ以下の領域に形成することの困難性は、説明を要するまでもなく明らかであろう。
【０００７】
このような問題を解決するための方法としては、（１）ループアンテナを構成する放射素子をメアンダ化する方法や、（２）アンテナ装置が備える平面アンテナをループアンテナから逆Ｆアンテナに置き換える方法などが挙げられる。
【０００８】
しかしながら、ループアンテナを構成する放射素子をメアンダ化する方法を採用した場合、アンテナ装置の受信利得の低下を招来することがあった。何故なら、メアンダ化された放射素子を構成するセグメントのうち、互いに隣接するセグメントに逆向きの電流が流れ、これらのセグメントの周辺に形成される電界及び／又は磁界が互いに打ち消し合うように干渉するためである。
【０００９】
また、アンテナ装置が備える平面アンテナをループアンテナから逆Ｆアンテナに置き換える方法を採用した場合、放射素子の全長はλ／４に短縮されるものの、放射素子とは別に地板を設ける必要があるので、十分な小型が望めないという問題があった。
【００１０】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、地板を必要とせず、また、環状放射素子をメアンダ化することにより、設置に要する領域を狭小化することが可能なアンテナを含むアンテナ装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明に係るアンテナ装置は、環状放射素子により構成されたアンテナと、内側導体が上記環状放射素子に接続された同軸ケーブルとを備えており、上記環状放射素子と上記同軸ケーブルの外側導体とが容量結合している、ことを特徴とする。
【００１２】
上記の構成によれば、環状放射素子により構成されるアンテナを、従来のアンテナ（例えば、モノポールアンテナやループアンテナなど）とは異なる動作原理に従う新規なアンテナとして機能させることができる。このアンテナは、地板を必要とせず、また、環状放射素子をメアンダ化することにより、設置に要する領域を狭小化することが可能である。すなわち、上記の構成によれば、小型のアンテナ装置を実現することができる。
【００１３】
本発明に係るアンテナ装置において、上記環状放射素子は、第１の方向に平行な複数の直線部と上記第１の方向に直交する第２の方向に平行な複数の折返部とからなる第１のメアンダ部と、上記第１のメアンダ部の終端を始端とする第２のメアンダ部であって、上記第２の方向に平行な複数の直線部と上記第１の方向に平行な複数の折返部とからなる第２のメアンダ部と、上記第２のメアンダ部の終端を始端とする第３のメアンダ部であって、上記第１の方向に平行な複数の直線部と上記第２の方向に平行な複数の折返部とからなる第３のメアンダ部と、上記第３のメアンダ部の終端を始端とし、上記第１のメアンダ部の始端を終端とする第４のメアンダ部であって、上記第１の方向に平行な複数の直線部と上記第２の方向に平行な複数の折返部とからなる第４のメアンダ部と、により構成されている、ことが好ましい。
【００１４】
上記の構成によれば、環状放射素子をメアンダ化することに伴って生じ得る受信利得の低下を小さく抑えることができる。
【００１５】
本発明に係るアンテナ装置において、上記環状放射素子は、上記第１の方向に平行な短辺と上記第２の方向に平行な長辺とを含む長方形領域に形成されており、上記長方形領域は、該長方形領域の長辺を底辺とする２つの等脚台形領域と、該長方形領域の短辺を底辺とする２つの二等辺三角形領域とに分割されており、上記第１のメアンダ部は、上記２つの等脚台形領域の一方の上に広がっており、上記第２のメアンダ部は、上記２つの二等辺三角形領域の一方の上に広がっており、上記第３のメアンダ部は、上記２つの等脚台形領域の他方の上に広がっており、上記第４のメアンダ部は、上記２つの二等辺三角形領域の他方の上に広がっている、ことが好ましい。
【００１６】
上記の構成によれば、環状放射素子をメアンダ化することに伴って生じ得る受信利得の低下を更に小さく抑えることができる。
【００１７】
本発明に係るアンテナ装置においては、上記第１のメアンダ部の全長をＬ１、上記第２のメアンダ部の全長をＬ２、上記第３のメアンダ部の全長をＬ３、上記第４のメアンダ部の全長をＬ４として、Ｌ１：Ｌ２：Ｌ３：Ｌ４＝３：１：３：１である、ことが好ましい。
【００１８】
上記の構成によれば、環状放射素子をメアンダ化することに伴って生じ得る受信利得の低下を更に小さく抑えることができる。
【００１９】
本発明に係るアンテナ装置においては、上記同軸ケーブルの内側導体が、上記第１のメアンダ部を構成する折返部のうち、上記長辺の中央に位置する折返部上に設けられた給電点に接続されており、上記同軸ケーブルは、上記給電点を通り上記短辺に平行な直線上に敷設されている、ことが好ましい。
【００２０】
アンテナと同軸ケーブルとの接続態様として上記の接続態様を採用した場合、環状放射素子と同軸ケーブルの外側導体との容量結合を容易に実現することができる。しかも、アンテナと同軸ケーブルとの接続態様として他の接続態様を採用した場合と比べて、共振周波数近傍におけるＶＳＷＲ値を小さくすることができる。
【００２１】
上記課題を解決するために、本発明に係る接続方法は、環状放射素子により構成されたアンテナに同軸ケーブルを接続する接続方法であって、上記同軸ケーブルの内側導体を上記環状放射素子に接続する接続工程と、上記同軸ケーブルの外側導体が上記環状放射素子と容量結合するように上記同軸ケーブルを敷設する敷設工程と、を含んでいる、ことを特徴とする。
【００２２】
上記の接続方法に従って接続されたアンテナと同軸ケーブルとを備えたアンテナ装置は、上述したアンテナ装置と同様の効果を奏する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、地板を必要とせず、また、環状放射素子をメアンダ化することにより、設置に要する領域を狭小化することが可能なアンテナを含むアンテナ装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す回路図である。
【図２】図１に示すアンテナ装置に用い得る環状放射素子の第１の具体例を示す平面図である。
【図３】図２に示す環状放射素子であって、同軸ケーブルが接続された状態の環状放射素子の様子を示す平面図である。
【図４】図１に示すアンテナ装置に用い得る環状放射素子の第２の具体例を示す平面図である。
【図５】図４に示す環状放射素子を備えたアンテナ装置における受信利得の方向依存性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本実施形態に係るアンテナ装置１の構成について、図１を参照して説明する。図１は、アンテナ装置１の構成を示す回路図である。
【００２６】
アンテナ装置１は、図１に示すように、アンテナ２と、アンテナ２に接続された同軸ケーブル３とを備えている。
【００２７】
アンテナ２は、環状放射素子２１により構成される。環状放射素子２１は、一方の端部と他方の端部とが接続された線状又は帯状の導体である。環状放射素子２１の具体的な形状等については、参照する図面を代えて後述する。
【００２８】
同軸ケーブル３は、アンテナ２の環状放射素子２１に接続された内側導体３１と、グランドに接続された外側導体３２とにより構成される。
【００２９】
アンテナ装置１において特徴的な点は、アンテナ２の環状放射素子２１と同軸ケーブル３の外側導体３２とが容量結合している点である。図１においては、環状放射素子２１と外側導体３２との間に生じた容量を、キャパシタ４として表現している。
【００３０】
発明者らが得た知見によれば、アンテナ２は、環状放射素子２１が同軸ケーブル３の外側導体３２と容量結合していない場合、アンテナとして機能しない。すなわち、電磁波と高周波電流とを相互に変換する機能を持たない。一方、アンテナ２は、環状放射素子２１が同軸ケーブル３の外側導体３２と容量結合している場合、アンテナとして機能する。すなわち、電磁波と高周波電流を相互に変換する機能を持つ。つまり、アンテナ２の環状放射素子２１と同軸ケーブル３の外側導体３２と容量結合させることが、アンテナ２をアンテナ足らしめるキーとなる構成なのである。
【００３１】
なお、同軸ケーブル３の外側導体３２に接続される外部導体（グランド）は、環状放射素子２１が形成される面（以下、「放射素子形成面」とも記載）と直交又は略直交する板状導体であることが好ましい。例えば、アンテナ２を自動車の地面と平行又は略平行な面（例えば、ハードトップ型車両におけるルーフや、オープントップ型車両における幌収納庫（幌を収納するための収納庫）の蓋（樹脂等の誘電体により構成される）の裏面など）上に設置する場合、当該自動車のボディーの側面やピラーなどに同軸ケーブル３の外側導体３２を接続すると良い。これは、モノポールアンテナにおいて、放射素子形成面と地板形成面とを直交させたときに高い受信利得が得られるのと同様の理由による。
【００３２】
次に、環状放射素子２１の第１の具体例について、図２及び図３を参照して説明する。図２及び図３は、環状放射素子２１の第１の具体例を示す平面図である。図２では、同軸ケーブル３が接続される前の環状放射素子２１を示し、図３では、同軸ケーブル３が接続された後の環状放射素子２１を示している。
【００３３】
本具体例において、環状放射素子２１は、全長４６００ｍｍ、幅２ｍｍ（共振波長λの２０００分の１以上であればよい）の帯状導体により構成される。環状放射素子２１の全長を４６００ｍｍとしているのは、アンテナ２を、ＦＭ放送の周波数帯域（７６ＭＨｚ以上１０８ＭＨｚ以下）をカバーする車載用アンテナとして機能させるためである。
【００３４】
また、本具体例において、環状放射素子２１は、ｘ軸に平行な１８３ｍｍの長辺とｙ軸に平行な９３ｍｍの短辺とを有する長方形領域５上に形成される。以下、環状放射素子２１の形状を説明するために、この長方形領域５を、互いに合同な２つの等脚台形領域５１，５３と、互いに合同な２つの二等辺三角形領域５２，５４とに分ける。
【００３５】
第１の等脚台形領域５１は、長方形領域５の一方の長辺（図２においてｙ軸正方向側の長辺）を底辺とする等脚台形状の領域である。第２の等脚台形領域５３は、長方形領域５の他方の長辺（図２においてｙ軸負方向側の長辺）を底辺とする等脚台形状の領域である。これらの等脚台形領域５１，５３の上底は、６３ｍｍである。第１の二等辺三角形領域５２は、長方形領域５の一方の短辺（図２においてｘ軸正方向側の短辺）を底辺とする二等辺三角形状の領域である。第２の二等辺三角形領域５４は、長方形領域５の他方の短辺（図２においてｘ軸負方向側の短辺）を底辺とする二等辺三角形状の領域である。これら二等辺三角形領域５２，５４の高さは、６０ｍｍである。
【００３６】
環状放射素子２１は、４つのメアンダ部２１１〜２１４により構成される。すなわち、第４のメアンダ部の終端を始端とする第１のメアンダ部２１１と、第１のメアンダ部２１１の終端を始端とする第２のメアンダ部２１２と、第２のメアンダ部２１２の終端を始端とする第３のメアンダ部２１３と、第３のメアンダ部２１３の終端を始端とする第４のメアンダ部２１４とにより構成される。
【００３７】
第１のメアンダ部２１１は、図２に示すように、長方形領域５の短辺に平行な複数の直線部２１１ａと、長方形領域５の長辺に平行な複数の折返部２１１ｂとにより構成され、第１の等脚台形領域５１を覆うように、第１の等脚台形領域５１全体に広がっている。なお、互いに隣接する直線部２１１ａ間の間隔は、２ｍｍである（共振波長λの２０００分の１以上であればよい）。
【００３８】
第２のメアンダ部２１２は、図２に示すように、長方形領域５の長辺に平行な複数の直線部２１２ａと、長方形領域５の短辺に平行な複数の折返部２１２ｂとにより構成され、第１の二等辺三角形領域５２を覆うように、第１の二等辺三角形領域５２全体に広がっている。なお、互いに隣接する直線部２１２ａ間の間隔は、２ｍｍである（共振波長λの２０００分の１以上であればよい）。
【００３９】
第３のメアンダ部２１３は、図２に示すように、長方形領域５の短辺に平行な複数の直線部２１３ａと、長方形領域５の長辺に平行な複数の折返部２１３ｂとにより構成され、第２の等脚台形領域５３を覆うように、第２の等脚台形領域５３全体に広がっている。なお、互いに隣接する直線部２１３ａ間の間隔は、２ｍｍである（共振波長λの２０００分の１以上であればよい）。
【００４０】
第４のメアンダ部２１４は、図２に示すように、長方形領域５の長辺に平行な複数の直線部２１４ａと、長方形領域５の短辺に平行な複数の折返部２１４ｂとにより構成され、第２の二等辺三角形領域５４を覆うように、第２の二等辺三角形領域５４全体に広がっている。なお、互いに隣接する直線部２１３ａ間の間隔は、２ｍｍである（共振波長λの２０００分の１以上であればよい）。
【００４１】
同軸ケーブル３の内側導体３１が接続される給電点Ｐは、第１のメアンダ部２１１を構成する複数の折返部２１１ｂのうち、長方形領域５の長辺の中央に位置する折返部２１１ｂ’上に設けられる。これにより、環状放射素子２１をメアンダ化することによって生じ得る受信利得の低下（後述）を小さく抑えることができる。
【００４２】
また、同軸ケーブル３は、給電点Ｐから長方形領域５の短辺と平行に引き出される。すなわち、同軸ケーブル３は、給電点Ｐを通り長方形領域５の短辺に平行な直線Ｌ上に敷設される。同軸ケーブル３が接続された状態の環状放射素子２１を図示すれば、図３に示すようになる。これにより、アンテナ２と同軸ケーブル３とが重なり合う部分において、環状放射素子２１と外側導体３２との間の容量結合を容易に形成することができ、更に、共振周波数近傍におけるＶＳＷＲ値を小さく抑えることができる。
【００４３】
なお、図２に示す具体例において、環状放射素子２１と外側導体３２との間に生じる容量は、５ｐＦである。
【００４４】
環状放射素子２１をメアンダ化することによって、環状放射素子２１の全長を短縮することなく（すなわち、アンテナ２の共振周波数を高周波化することなく）、環状放射素子２１の配置に要する領域を狭小化することができる。ただし、特段の工夫なく環状放射素子２１をメアンダ化すると、アンテナ２の受信利得が低下し得る。何故なら、環状放射素子２１を構成するセグメントのうち、互いに隣接するセグメントに逆向きの電流が流れ、これらのセグメントの周辺に形成される電界及び／又は磁界が互いに打ち消し合うように干渉するためである。
【００４５】
しかしながら、環状放射素子２１の形状を図２に示すものとした場合、共振周波数における受信利得の低下を小さく抑え得ることが、発明者らによる検証によって明らかになった。これは、環状放射素子２１を構成する折返部２１１ｂ〜２１４ｂのうち、長方形領域５の外周に沿って配置された折返部を流れる電流が放射機能を担うためであると考えられる。
【００４６】
特に、第１のメアンダ部２１１の全長Ｌ１、第２のメアンダ部２１２の全長Ｌ２、第３のメアンダ部２１３の全長Ｌ３、及び第４のメアンダ部２１４の全長Ｌ４の比Ｌ１：Ｌ２：Ｌ３：Ｌ４を３：１：３：１とすることによって、共振周波数における受信利得の低下を更に小さく抑え得ることが、発明者らによる検証によって明らかになった。これは、（１）第１のメアンダ部２１１を構成する折返部２１１ｂを流れる電流の向きと、第３のメアンダ部２１３を構成する折返部２１３ｂを流れる電流の向きとが一致し、また、（２）第２のメアンダ部２１２を構成する折返部２１２ｂを流れる電流の向きと、第４のメアンダ部２１４を構成する折返部２１４ｂを流れる電流の向きとが一致するためであると考えられる。
【００４７】
次に、環状放射素子２１の第２の具体例について、図４及び図５を参照して説明する。図４は、環状放射素子２１の第２の具体例を示す平面図である。図５は、環状放射素子２１を図４に示す形状とした場合に得られる、受信利得の方向依存性を示すグラフである。
【００４８】
本具体例において、環状放射素子２１は、全長４６３１ｍｍ、幅２ｍｍの帯状導体により構成される。環状放射素子２１の全長を４６３１ｍｍとしているのは、アンテナ２を、ＦＭ放送の周波数帯域（７６ＭＨｚ以上１０８ＭＨｚ以下）をカバーする車載用アンテナとして機能させるためである。
【００４９】
本具体例に係る環状放射素子２１は、（１）第４のメアンダ部２１４の終端を始端とする第１のメアンダ部２１１であって、ｙ軸に平行な複数の直線部２１１ａとｘ軸に平行な複数の折返部２１１ｂとからなる第１のメアンダ部２１１と、（２）第１のメアンダ部２１１の終端を始端とする第２のメアンダ部２１２であって、ｘ軸に平行な複数の直線部２１２ａとｙ軸に平行な複数の折返部２１２ｂとからなる第２のメアンダ部２１２と、（３）第２のメアンダ部２１２の終端を始端とする第３のメアンダ部２１３であって、ｙ軸に平行な複数の直線部２１３ａとｘ軸に平行な複数の折返部２１３ｂとからなる第３のメアンダ部２１３と、（４）第３のメアンダ部２１３の終端を始端とする第４のメアンダ部２１４であって、ｘ軸に平行な複数の直線部２１４ａとｙ軸に平行な複数の折返部２１４ｂとからなる第４のメアンダ部２１４とにより構成されている点に特徴がある。この特徴は、第１の具体例に係る環状放射素子２１と共通するものである。
【００５０】
環状放射素子２１がこの特徴を有していれば、環状放射素子２１の形状を図２に示したものから変形しても、受信利得の低下を抑制するという効果は概ね保たれる。実際、環状放射素子２１の形状を図４に示したものとしても、ＦＭ放送の周波数帯域（具体的には、７６ＭＨｚ及び８４ＭＨｚ）における受信利得が−３５ｄＢ以上となることは、図５に示したとおりである。
【００５１】
〔付記事項〕
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明に係るアンテナ装置は、例えば、車載用アンテナ装置、特に、ＦＭ放送を受信するための車載用アンテナ装置として好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１            アンテナ装置
２              アンテナ
２１              環状放射素子
２１１              第１のメアンダ部
２１１ａ              （複数の）直線部
２１１ｂ              （複数の）折返部
２１２              第２のメアンダ部
２１２ａ              （複数の）直線部
２１２ｂ              （複数の）折返部
２１３              第３のメアンダ部
２１３ａ              （複数の）直線部
２１３ｂ              （複数の）折返部
２１４              第４のメアンダ部
２１４ａ              （複数の）直線部
２１４ｂ              （複数の）折返部
３              同軸ケーブル
３１              内側導体
３２              外側導体
４              キャパシタ（容量結合）
５              長方形領域
５１，５３        等脚台形領域
５２，５４        二等辺三角形領域
【図１】
2014110626.tif 000003
【図２】
2014110626.tif 000004
【図３】
2014110626.tif 000005
【図４】
2014110626.tif 000006
【図５】
2014110626.tif 000007