(57)【要約】【課題】地上波デジタルテレビ放送を受信するためには、アンテナの帯域幅は４７３ＭＨｚ〜７０１ＭＨｚをカバーする必要がある。しかし、車両バンパー内部に内蔵する際にはアンテナと金属ボデーとの間隔が狭くなり、金属ボデーの影響によりアンテナの帯域幅がアンテナ単体に比べ、狭くなってしまう。【解決手段】台形エレメントアンテナ１は、台形型エレメント３と、給電点２と、無給電素子４とを有している。さらに、車載用Ｖ字型台形エレメントアンテナ１０は台形エレメントアンテナ１とＧＮＤ板５と支持部材６を含んでいる。台形型エレメント３は導電性の金属等の板であり、給電点２は、台形型エレメント３に接続されている。さらに、台形エレメントアンテナ１はＧＮＤ板５側にＶ字形状に折り曲げられ、給電点２はＧＮＤ板５から離されて配置される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、台形型導電体の短辺側に配置された無給電素子と、を有する台形エレメントアンテナであって、給電点を挟んでＶ字型に折り曲げられた前記台形エレメントアンテナと、導電性の車両のボデー又はアースと接続された反射板と、前記台形エレメントアンテナと反射板を支持する支持部材と、を有する車載用Ｖ字型台形エレメントアンテナにおいて、
前記台形エレメントアンテナは、前記反射板方向に折り曲げられたことを特徴とする車載用Ｖ字型台形エレメントアンテナ。
【請求項２】
請求項１に記載の車載用Ｖ字型台形エレメントアンテナにおいて、
前記給電点は、前記台形型導電体よりも前記反射板から離れた位置に支持部材で支持されることを特徴とする車載用Ｖ字型台形エレメントアンテナ。
【請求項３】
請求項１に記載の車載用Ｖ字型台形エレメントアンテナにおいて、
前記台形エレメントアンテナの無給電素子は、給電点を通る軸を中心に前記反射板側に折り曲げられた幅の狭い長方形又は台形形状であることを特徴とする車載用Ｖ字型台形エレメントアンテナ。
【請求項４】
請求項１に記載の車載用Ｖ字型台形エレメントアンテナにおいて、
前記台形エレメントアンテナの折り曲げ角度は０度より大きく１８０度未満であることを特徴とする車載用Ｖ字型台形エレメントアンテナ。
【請求項５】
請求項１に記載の車載用Ｖ字型台形エレメントアンテナにおいて、
水平１８０度の範囲で利得が低下するＮｕｌｌが無いという指向性を有することを特徴とする車載用Ｖ字型台形エレメントアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、台形エレメントアンテナに関し、特に自動車等の車両に搭載される車載用Ｖ字型台形エレメントアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１５は、従来構成におけるダイポールアンテナ２０の構造図である。ダイポールアンテナ２０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２０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。
【０００３】
図１６は、従来構成におけるダイポールアンテナ２０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。
【０００４】
図１７は、従来構成におけるダイポールアンテナ２０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。
【０００５】
また、ダイポールアンテナ２０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２０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。
【０００６】
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２０のエレメント部を平面化することで帯域幅を広域化する技術が公開されており、帯域幅を広帯域化することが可能となる。
【０００７】
さらに、特許文献２に示されているようなルーフ上に複数のアンテナから構成される複合アンテナを配置する技術も公開されている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−５１７０８号公報
【特許文献２】特開平８−８６３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
自動車の場合、移動するたびに車両の位置と進行方向が変わり、送信機局との方向関係が変わってしまうので、アンテナの指向性は無指向性であることが好ましい。
【００１０】
図１８は、車両のバンパー内部にアンテナを搭載した状況を示す模式図である。自動車にて地上波デジタルテレビ放送を受信するために、ダイポールアンテナ２０を車両前後の合成樹脂製のバンパー又はアウターパネル内部に搭載して用いられる場合がある。車両前後に設置されたダイポールアンテナ２０は、前方又は後方１８０°の範囲内だけをカバーできれば良く、それ以外の方向から到来する電波を受信する必要はない。しかし、そのままのダイポールアンテナ２０では大きすぎ、バンパー又はアウターパネル内部に設置することが難しい。
【００１１】
また、地上波デジタルテレビ放送を受信するためには、アンテナの帯域幅は４７３ＭＨｚ〜７０１ＭＨｚをカバーする必要がある。しかし、車両バンパー内部に内蔵する際にはアンテナと金属ボデーとの間隔（ｄ）が狭くなり、金属ボデーの影響によりアンテナの帯域幅がアンテナ単体に比べ、狭くなってしまうという問題もある。
【００１２】
図１９は、車両のバンパー内部に従来構成のダイポールアンテナ２０を搭載したときの指向性パターンの特性図である。金属ボデーに沿ってアンテナエレメントが伸びる方向、すなわち、車両の横方向付近（０°，１８０°）においてはＮｕｌｌが発生し、アンテナ利得も低下する傾向があり、車両後方側の範囲でも電波を受信することができない方向（例えば、図に示す１５０°のＮｕｌｌ）が発生してしまうという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
以上のような課題を解決するために、本発明に係る車載用Ｖ字型台形エレメントアンテナは、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、台形型導電体の短辺側に配置された無給電素子と、を有する台形エレメントアンテナであって、給電点を挟んでＶ字型に折り曲げられた前記台形エレメントアンテナと、導電性の車両のボデー又はアースと接続された反射板と、前記台形エレメントアンテナと反射板を支持する支持部材と、を有する車載用Ｖ字型台形エレメントアンテナにおいて、前記台形エレメントアンテナは、前記反射板方向に折り曲げられたことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る車載用Ｖ字型台形エレメントアンテナにおいて、前記給電点は、前記台形型導電体よりも前記反射板から離れた位置に支持部材で支持されることを特徴とする。
【００１５】
さらに、本発明に係る車載用Ｖ字型台形エレメントアンテナにおいて、前記台形エレメントアンテナの無給電素子は、給電点を通る軸を中心に前記反射板側に折り曲げられた幅の狭い長方形又は台形形状であることを特徴とする。
【００１６】
さらにまた、本発明に係る車載用Ｖ字型台形エレメントアンテナにおいて、前記台形エレメントアンテナの折り曲げ角度は０度より大きく１８０度未満であることを特徴とする。
【００１７】
さらにまた、本発明に係る車載用Ｖ字型台形エレメントアンテナにおいて、水平１８０度の範囲で利得が低下するＮｕｌｌが無いという指向性を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明を用いると、Ｎｕｌｌの発生を抑え、車両後方１８０°の範囲で無指向性な放射パターンを持ち、ボデー近傍に搭載しても広帯域な周波数特性を有し、地上波デジタルテレビ放送（帯域幅：４７３ＭＨｚ〜７０１ＭＨｚ）を受信することが可能な車両用アンテナを実現できるという効果がある。
【００１９】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の参考となる構成（以下参考構成という。）と、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。
【００２１】
最初に第１の参考構成を用いて説明する。図６は、第１の参考構成における台形エレメントアンテナ１のエレメントパターン図である。台形エレメントアンテナ１は、台形型エレメント３と、給電点２と、台形型エレメントパターンの短辺側に配置された無給電素子４を有している。台形型エレメント３は導電性の金属等の板であり、給電点２は、台形型エレメント３と接続されている。
【００２２】
図７は、第１の参考構成における台形エレメントアンテナのリターンロス特性図である。以下、図６と図７を用いて説明する。リターンロスの目標値内に共振周波数ｆ１とｆ２があり、台形型エレメント３と給電点２を含む台形エレメントアンテナ１の下辺の長さはＬ１であり、上辺の長さはＬ２である。それぞれの長さは図７の共振周波数ｆ１の波長λに対し、およそλ／２＝（Ｌ１＋Ｌ２）／２となる長さになることが実験的に求められる。なお、図７の共振周波数ｆ１の帯域幅ＢＷ１は、台形型エレメント３の高さＨ１により決定される。
【００２３】
無給電素子４は、導電性の金属の板であり、他の構成部品に接続されていない。無給電素子４の長さは、図７の共振周波数ｆ２の波長λに対し、およそλ／２＝Ｌ３とＨ２により実験的に求められる。なお、図７の共振周波数ｆ２の帯域幅ＢＷ２は、無給電素子４の高さＨ３により決定される。
【００２４】
次に動作について説明する。最初に給電点２から給電素子である台形型エレメント３へ電流が流れ、共振周波数ｆ１に対して共振すると、給電素子である台形型エレメント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。
【００２５】
台形エレメントアンテナ１は、目標とする周波数帯域幅に対し、低い周波数帯域をカバーし、無給電素子４は目標とする周波数帯域幅に対し、高い周波数帯域をカバーすることで広帯域化が実現される。そして、そのサイズも無給電素子４を用いて２共振化を利用し、台形型エレメント３自体の帯域幅をより広げるために台形型にすることで、単純にダイポールアンテナの形状を棒状から平面形状に変更した場合に比べて約０．６倍に小型化が可能という特徴を持つ。
【００２６】
図８は、第１の参考構成における平面型台形エレメントアンテナ３０の斜視図である。図９は、第１の参考構成における平面型台形エレメントアンテナ３０の上面視図である。
【００２７】
台形エレメントアンテナ１をＧＮＤ板５に対して平行に間隔５ａ離間して垂直設置した場合、台形エレメントアンテナ１がダイポールアンテナと同様の指向性特性を持つ。このため、金属ボデーに沿ってアンテナエレメントが伸びる方向、すなわち、車両の横方向付近（０°，１８０°）においてはＮｕｌｌが発生し、アンテナ利得も低下する傾向があり、車両後方側の範囲でも電波を受信することができない方向が発生してしまうという問題がある。
【００２８】
図１０は、第１の参考構成における平面型台形エレメントアンテナ３０の利得−周波数特性図である。台形エレメントアンテナ１とＧＮＤ板５の間隔５ａによりアンテナの利得−周波数特性は変化する。これは給電点２とＧＮＤ板５との間隔が狭くなることにより、アンテナのインピーダンスが変化するためで、間隔５ａの寸法が使用状況であるバンパー内への内蔵状態時（ｄ＝１５ｍｍの間隔）では、ｄ＝５０ｍｍの場合に比べてアンテナ利得が−１０ｄＢｄ低下するという問題が発生する。
【００２９】
ダイポールアンテナにおいて、アンテナ形状をＶ字型に変化させることで指向性が８の字から除々に無指向性に近づくことは広く知られているが、バンパー内への内蔵状態のようにＧＮＤ板５又は自動車のボデーが近接する場合ではこの通りにはならない。
【００３０】
図１１は、第２の参考構成における開口型台形エレメントアンテナ４０の斜視図である。開口型台形エレメントアンテナ４０は、台形エレメントアンテナ１の給電点２を軸とし、給電点２より台形エレメントアンテナ１の両端がＧＮＤ板５から離れるようにＶ字型に開いた形状（例えば９０°）を有し、図示しない支持部材により固定されている。
【００３１】
図１２は、第２の参考構成における開口型台形エレメントアンテナ４０の上面視図である。図中、下方向は車両後方を示し、上方向は車両前方を示している。また、図１３は、第２の参考構成における開口型台形エレメントアンテナ４０の指向性パターン特性図である。ＧＮＤ板５から離れるようにＶ字型に折り曲げ角度θで開いた形状としても指向性パターンは、９０°，２７０°方向の利得は改善されるが、台形型エレメント３が伸びる方向（例えば１３５°と２２５°）にはＮｕｌｌが発生してしまい、単に平面型台形エレメントアンテナと比較してもＮｕｌｌが発生する方向がずれただけの結果となる。
【００３２】
図１４は、第２の参考構成における開口型台形エレメントアンテナ４０の利得−周波数特性図である。アンテナの目標最低利得−１０ｄＢｄに対し、最低利得が−１３ｄＢｂとなり目標利得を得ることができない。
【実施例１】
【００３３】
本実施形態におけるアンテナは、車両の前後に配置し、例えば車両の後方１８０°をカバーする構成とし、車両前方から到来する電波を受信する必要がない（例えばダイバーシチアンテナ）仕様とした。
【００３４】
図１は、本発明に係る第１の実施形態における車載用Ｖ字型台形エレメントアンテナ１０の斜視図である。台形エレメントアンテナ１は、台形型エレメント３と、給電点２と、無給電素子４とを有している。さらに、車載用Ｖ字型台形エレメントアンテナ１０は台形エレメントアンテナ１とＧＮＤ板５と支持部材６とを含んでいる。
【００３５】
台形型エレメント３は導電性の金属等の板であり、給電点２は、台形型エレメント３に接続されている。さらに給電点２は送受信機に接続され、台形エレメントアンテナ１を給電する。図中、３ａはＬ１の長さを示し、同様に３ｂはＬ２、４ａはＬ３、３ｃはＨ１、４ｃはＨ２、４ｂはＨ３の長さを示す。
【００３６】
台形エレメントアンテナ１は、合成樹脂の板で構成された２等辺三角柱状の支持部材６の２等辺側に配置されており、支持部材６の２辺を挟む折り曲げ角度θは、０°より大きく１８０°未満が良く、さらに８０°〜１００°が好適であり、より好適には角度θは９０°である。また、斜辺からの高さは例えば５０ｍｍとした。このため、台形エレメントアンテナ１は、ＧＮＤ板の方向へＶ字形状に折り曲げられた形状となる。
【００３７】
図２は、本発明に係る第１の実施形態における車載用Ｖ字型台形エレメントアンテナ１０の上面視図である。図中、下方向が車両後方であり、上方向が車両前方であり２等辺三角柱の斜面側にはＧＮＤ板５が配置されている。なお、本実施形態においては、２等辺三角柱に台形エレメントアンテナ１を配置しているが、板厚の薄いフィルム状でも良いし、合成樹脂製支持部材を用いてＧＮＤ板５に支持される形状でも好適であることはいうまでもない。
【００３８】
図３は、本発明に係る第１の実施形態における車載用Ｖ字型台形エレメントアンテナ１０の指向性パターン特性図であり、図４は、本発明に係る第１の実施形態における車載用Ｖ字型台形エレメントアンテナ１０の利得−周波数特性図である。
【００３９】
図１のように台形型エレメント３の給電点２を軸としてＧＮＤ板５を背面とし、Ｖ字型に閉じた形状として配置することで、Ｎｕｌｌの発生する方向を車両前面に移動させ、給電点２とＧＮＤ板５との間隔５ａが広くなる形状とすることで、指向性は後方１８０°に範囲内ではＮｕｌｌが無く、ほぼ無指向性となり、利得−周波数特性もｄ＝５０ｍｍの平面型台形エレメントアンテナ１と同様に最低利得−９ｄＢｄと良好な結果となる効果が得られた。
【実施例２】
【００４０】
図５は、本発明に係る第２の実施形態における車載用Ｖ字型台形エレメントアンテナ１０の前面視図である。無給電素子４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。
【００４１】
以上のことから、本発明に係る実施形態を用いると、帯域幅４７３ＭＨｚ〜７０１ＭＨｚの利得が−１０ｄＢｄの目標値を満足する地上波デジタル放送受信用として用いることが可能とな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な台形エレメントアンテナとなる。
【００４２】
なお、上述した本実施形態において、ＧＮＤ板５の形状は長方形の平板で示したが、平板のみならず、自動車のボデーなどの導電性を持つ金属板や導電性を有した３次元形状の構造物であってもよい。
【００４３】
同様に、アンテナを搭載する位置は車両のバンパー内部に限らず、アンテナ近傍に金属ボデー（ＧＮＤ板）が配置されれば、ドアやルーフ、ボンネット上等、どの位置に設置されても好適に動作可能である。
【００４４】
さらに、給電点２とＧＮＤ板５との間隔および無給電素子４の先端とＧＮＤ板５との間隔、及び折り曲げ角度θは、アンテナが搭載されるスペースに合わせて適切な設定とすることで好適に動作が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係る第１の実施形態における車載用Ｖ字型台形エレメントアンテナの斜視図である。
【図２】本発明に係る第１の実施形態における車載用Ｖ字型台形エレメントアンテナの上面視図である。
【図３】本発明に係る第１の実施形態における車載用Ｖ字型台形エレメントアンテナの指向性パターン特性図である。
【図４】本発明に係る第１の実施形態における車載用Ｖ字型台形エレメントアンテナの利得−周波数特性図である。
【図５】本発明に係る第２の実施形態における車載用Ｖ字型台形エレメントアンテナの前面視図である。
【図６】第１の参考構成における平面型台形エレメントアンテナのエレメントパターン図である。
【図７】第１の参考構成における平面型台形エレメントアンテナのリターンロス特性図である。
【図８】第１の参考構成における平面型台形エレメントアンテナの斜視図である。
【図９】第１の参考構成における平面型台形エレメントアンテナの上面視図である。
【図１０】第１の参考構成における平面型台形エレメントアンテナの利得−周波数特性図である。
【図１１】第２の参考構成における開口型台形エレメントアンテナの斜視図である。
【図１２】第２の参考構成における開口型台形エレメントアンテナの上面視図である。
【図１３】第２の参考構成における開口型台形エレメントアンテナの指向性パターン特性図である。
【図１４】第２の参考構成における開口型台形エレメントアンテナの利得−周波数特性図である。
【図１５】従来構成におけるダイポールアンテナの構造図である。
【図１６】従来構成におけるダイポールアンテナの指向性パターンの特性図である。
【図１７】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。
【図１８】車両のバンパー内部にアンテナを搭載した状況を示す模式図である。
【図１９】車両のバンパー内部に従来構成のダイポールアンテナを搭載したときの指向性パターンの特性図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  台形エレメントアンテナ、２  給電点、３  台形型エレメント、４  無給電素子、５  ＧＮＤ板、６  支持部材、１０  車載用Ｖ字型台形エレメントアンテナ、２０  ダイポールアンテナ、３０  平面型台形エレメントアンテナ、４０  開口型台形エレメントアンテナ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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