(57)【要約】【課題】異なる周波数を有する電波の受信に共用でき小型化が可能なアンテナ装置を提供する。【解決手段】少なくとも第１の周波数帯域および第２の周波数帯域の信号を受信するアンテナ装置において、給電点を有する平面状のアンテナエレメントと、アンテナエレメントの一部と接続する電極とを備え、電極は、第１の周波数帯域の信号に対しては略短絡状態となり、第２の周波数帯域の信号に対しては略開放状態となる容量を形成する静電容量部を介してグランドに接続され、アンテナエレメントにおけるグランド側の端辺が該グランドと非平行に対向していることを特徴とするアンテナ装置を提供する。【選択図】図４
2011035520.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１の周波数帯域および第２の周波数帯域の信号を受信するアンテナ装置において、
給電点を有する平面状のアンテナエレメントと、
前記アンテナエレメントの一部と接続する電極とを備え、
前記電極は、前記第１の周波数帯域の信号に対しては略短絡状態となり、前記第２の周波数帯域の信号に対しては略開放状態となる容量を形成する静電容量部を介してグランドに接続され、
前記アンテナエレメントにおける前記グランド側の端辺が、該グランドと非平行に対向している、
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記静電容量部はキャパシタ部材であ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】
前記静電容量部は、前記電極と接続する金属部材と、該金属部材と平行対向する接地電極とから構成され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４】
前記アンテナエレメントは略三角形形状であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記第１の周波数帯域はＦＭラジオ放送帯域であり、前記第２の周波数帯域はＡＭラジオ放送帯域であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記アンテナ装置は車両に配置され、前記グランドが車両の金属部であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記アンテナ装置は、前記車両の外装部材に内蔵されることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項８】
前記外装部材は、車両のルーフに配置されるスポイラであることを特徴とする請求項７に記載のアンテナ装置。
【請求項９】
前記アンテナエレメントはプリント基板上に形成されたパターンであることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両アンテナに関し、特に車両用スポイラに内蔵されるラジオ受信アンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両ルーフの後端部に設置されるスポイラ（以下ルーフスポイラと呼ぶ）は、通常樹脂材からなり、図１に示すように車両と一体的に設置されるものである。
【０００３】
近年は、車両のデザインも重視されてきており、車両に搭載されるアンテナは極力車両本体の外形の美感を損ねないような設計が求められている。これを実現するべく、特許文献１に示すように、従来は車両のリアガラス内やサイドガラス内に設置または貼付するガラスアンテナが利用されている。また、ガラスアンテナを用いることができない車両や、ガラスアンテナではアンテナとしての性能が十分に得られない車両に対しては、アンテナを搭載したルーフスポイラを車両に設置することで車両アンテナを実現している。
【０００４】
図２に、従来技術におけるアンテナ構造の一例を示す。図２（ａ）は、図１に示す車両１のルーフの後端部に設置されたルーフスポイラ２を上方から見たときの透過図を示す。ルーフスポイラ２内部には、ＦＭアンテナエレメント３とＡＭアンテナエレメント４が設けられており、各エレメントが空間的に離間して、またはエレメント間に絶縁部材が挟まれて上下に配置されており、各エレメントは互いに電気的に絶縁されている。ここではＦＭアンテナとしてＬ型アンテナを示す。Ｌ型アンテナは、１／４波長モノポールアンテナを低背化のためエレメントの一部を横方向に曲げたものである。また、車両１の金属ボディがグランドの役割を果たしている。ＦＭアンテナエレメント３は、ＦＭアンテナ用給電点５を介して、受信した信号を増幅するアンテナアンプ（図示せず）に接続されている。このＦＭアンテナエレメント３は、一般的には金属ワイヤや打ち抜き加工した板金によって形成される。
【０００５】
また、ＡＭアンテナエレメント４については、ＡＭアンテナとして動作させるために、相応の面積を有する金属板が、グランドの役割を果たす車両１の金属ボディとの間で容量成分が得られるように設けられている。そして、ＡＭアンテナエレメント４は、ＡＭアンテナ用給電点６を介してアンテナアンプに接続されている。なお、このＡＭアンテナエレメント４は板金等の金属薄板によって形成される。
【０００６】
ところが、上記のＬ型アンテナでは、アンテナエレメントがグランドと平行に設置されるため、グランドとの間に容量成分が生じるため、所望の出力インピーダンスが得られない。この結果、この出力インピーダンスとアンテナアンプの入力インピーダンスとの関係から受信信号の反射が大きくなり（すなわち、反射係数が大きくなる）、インピーダンス不整合の状態となって不整合損失が生じ、所望のアンテナ利得が得られないという問題が生じる。
【０００７】
この問題に対する解決策として、従来では図２（ｂ）に示すアンテナ構造が挙げられる。図２（ａ）とは、ＦＭアンテナエレメント３の構造が異なっている。図２（ｂ）には、逆Ｆ型アンテナと呼ばれるアンテナを示す。このアンテナは、上記Ｌ型アンテナを応用したものであり、１／４波長モノポールアンテナがベースとなっている。これは、図２（ａ）のＬ型アンテナのエレメントにショートスタブ７を付加することで、グランドとアンテナエレメント間に生じる容量成分を打ち消す誘導成分を発生させるものである。ショートスタブ７は、一端がＦＭアンテナエレメント３の一部に接続され、他端がグランドに接続されている。このショートスタブ７の電気長（信号伝送経路長）は１／４波長より小さいためインダクタとして機能し、この電気長を調整することにより、所望の周波数帯において容量成分を誘導成分によって打ち消すことができ、アンテナの出力インピーダンスとアンテナアンプの入力インピーダンスとの間で良好な整合を達成することができる。
【０００８】
このインピーダンス整合に関して、アンテナの出力インピーダンスとアンテナアンプの入力インピーダンスとの間で発生する受信信号の反射の反射係数を図３に示す。波線８はＬ型アンテナの反射係数を、実線９は逆Ｆ型アンテナの反射係数をそれぞれ示す。反射係数は、大きいほど不整合損失が大きく、小さいほど良好な整合が得られることを表す。図３に示すように、Ｌ型アンテナでは、波線８に示すように、反射係数が大きくなるため不整合損失も大きくなるが、対応可能な帯域が広いため広帯域動作を期待することができる。一方、逆Ｆ型アンテナでは、実線９に示すように、非常に小さい反射係数が得られるため不整合損失を懸念する必要がなくなる反面、対応可能な帯域が非常に狭いため狭帯域動作しか実現することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−１０２８２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
よって、上記の従来技術においては、次のような問題点が挙げられる。Ｌ型アンテナをＦＭアンテナエレメントとして用いた場合、グランドとエレメントとの間に容量成分が発生するため、アンテナとアンテナアンプのインピーダンス不整合によるアンテナ利得の低下が生じる。また、逆Ｆ型アンテナを用いた場合、短絡部が設けられているために良好なインピーダンス整合が得やすくなるが、グランドとエレメントとの間に発生する容量成分と誘導成分等のリアクタンス成分が原因で共振現象が発生するため、狭帯域動作しか達成できない。
【００１１】
また、Ｌ型アンテナをＦＭアンテナとして用いた場合、ＡＭアンテナとしても機能させるには金属面積が十分ではないため、別途ＡＭ放送用のアンテナエレメントを設ける必要がある。このため、給電点を２箇所設け、アンテナアンプも２入力対応としなければならなくなる。したがって、製造の工程が複雑になりコストも高くなる。一方、逆Ｆ型アンテナをＦＭアンテナとして用いた場合、ＦＭアンテナエレメントがショートスタブを介してグランドに導通しており、ＦＭ放送に比べて低い周波数帯を利用するＡＭ放送においては、完全に接地された状態になるため、この場合も別途ＡＭ放送用のアンテナエレメントを設ける必要がある。よって、Ｌ型アンテナと同様の上記問題が生じる。
【００１２】
さらに、ＦＭ、ＡＭの各アンテナエレメントが互いに導通しないように、空間的に離間させたりエレメント間に絶縁部材を挿入したりする必要があるため、構造が複雑になりコストの増加を招きかねない。
【００１３】
そこで本発明においては、上記の問題点を解決し、ＦＭアンテナにおいてインピーダンス整合を実現しながら広帯域動作が可能であり、かつＡＭアンテナとしても動作可能なアンテナ装置を提供することを目的とする。また、アンテナ構造の簡素化や製造コストの削減を達成することができるアンテナ装置を提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一実施形態によれば、少なくとも第１の周波数帯域および第２の周波数帯域の信号を受信するアンテナ装置において、給電点を有する平面状のアンテナエレメントと、アンテナエレメントの一部と接続する電極とを備え、電極は、第１の周波数帯域の信号に対しては略短絡状態となり、第２の周波数帯域の信号に対しては略開放状態となる容量を形成する静電容量部を介してグランドに接続され、アンテナエレメントにおけるグランド側の端辺が、該グランドと非平行に対向している。このため、単一の板状のアンテナエレメントにおいて異なる種類の放送信号を良好に受信することができる。
【００１５】
好ましくは、静電容量部は、キャパシタ部材であるか、または電極と接続する金属部材と、該金属部材と平行対向する接地電極とから構成される。さらに好ましくは、アンテナエレメントは略三角形形状である。また、第１の周波数帯域はＦＭラジオ放送帯域であり、第２の周波数帯域はＡＭラジオ放送帯域である。さらに、アンテナ装置は車両に配置され、グランドが車両の金属部である。そして、アンテナ装置は車両の外装部材に内蔵してもよく、外装部材は車両のルーフに配置されるスポイラであってもよい。また、アンテナエレメントはプリント基板上に形成されたパターンである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のアンテナによれば、異なる周波数を有する電波に対する共用アンテナとしての構造を単純化して製造コストを低減することができる。また、広帯域動作を実現しながら所望の出力インピーダンスを容易に調整することができるアンテナを提供することができる。さらに、本発明のアンテナは、高価な金型等を用いることなく一般的な安価な回路基板や回路パターン作成工程を用いて作成することができる。そして、アンテナ作製後でもキャパシタ部材の容量値や接地電極と平行対向する金属部材の長さを変更するだけで、アンテナの出力インピーダンスを調整して容易にインピーダンス整合を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】従来のアンテナ内蔵のルーフスポイラを示す図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）は、従来のアンテナ構造を示す図である。
【図３】従来のアンテナの反射特性を示すグラフである。
【図４】（ａ）および（ｂ）は、本発明の一実施形態におけるアンテナの全体の構造を示す概略図である。
【図５】（ａ）および（ｂ）は、本発明の一実施形態におけるアンテナの全体の構造を示す概略図である。
【図６】本発明の一実施形態におけるアンテナの反射特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態におけるアンテナ装置について説明する。なお、複数の図にまたがって同じ部材を示す場合は同じ番号を付すこととする。
【００１９】
図４に概略を示すように、車両１のルーフ後端に設置されたルーフスポイラ２の内部にアンテナエレメント１０が設けられている。アンテナエレメント１０は、ルーフスポイラ２内に設けられた回路基板１１上に形成されており、ＦＭ／ＡＭ共用の給電点１２を介してアンテナアンプ（図示せず）と接続されている。回路基板１１は、通常のアンテナ用回路基板であり、一般的な回路パターン作成工程によって作成される。基板はエポキシ樹脂等の合成樹脂からなる誘電部材を用いて作成される。なお基板には、合成樹脂の他、テフロン（登録商標）、セラミック、フィルム等を用いてもよい。回路パターンは、蒸着、エッチング、メッキ等の手法により基板上に金属層が形成されてなるが、導電性物質からなる線状部材や箔状部材を基板表面に接着剤等にて設けてもよい。
【００２０】
図４（ａ）に示すアンテナのアンテナエレメント形状は、逆Ｆ型アンテナをベースにしており、給電点１２近傍からアンテナエレメントの先端１９に向かって直角三角形の斜面を構成するような三角形の金属平板が、逆Ｆ型アンテナに付加された構造になっている。また、従来の逆Ｆ型アンテナにおいてショートスタブとして用いられているアンテナエレメントをスタブ１４とし、その先端と回路基板１１上に配置されたグランドパターン１８とをキャパシタ部材１３を介して接続する。グランドパターン１８は、金属線等（図示せず）によりグランドとなる車両１の金属ボディに接続されており、接地電極として機能する。このような三角形のアンテナエレメントを付加することにより、給電点１２からアンテナエレメントの先端１９に至るまでの電流経路が複数形成され、近接した複数の電気長を有するアンテナエレメントを設けた場合と実質的に同等の電気特性を示す広帯域動作が可能なアンテナを実現することができる。
【００２１】
また、スタブ１４の先端をキャパシタ部材１３を介してグランドパターン１８に接続しているため、キャパシタ部材１３の容量値を適切に選定することによって高周波数帯域であるＦＭ放送に対しては短絡状態となってショートスタブとして動作し、より低周波数帯域であるＡＭ放送に対しては開放状態となってオープンスタブとして動作する。したがって、ＦＭ放送の周波数帯域では逆Ｆ型アンテナとして動作しながら、ＡＭ放送の周波数帯域ではスタブ１４はグランドパターン１８に導通することなく動作する。そして、アンテナエレメント１０として三角形の金属平板が設けられているため、ＡＭ放送用のアンテナとして動作するために必要なエレメント面積を確保することもできる。このようにアンテナを構成することにより、既存のアンテナに金属部材を付加して容易に種々の回路と組み合わせることが可能なアンテナを実現することができる。なお、三角形の金属平板は、図４（ｂ）に示すように、内側を打ち抜いて空隙を設けたアンテナエレメントとして逆Ｆ型アンテナに付加することもできる。したがって、この三角形のアンテナエレメント部分全体を金属平板で構成する必要はない。この場合でも、給電点からアンテナエレメントの先端１９に至るまでの電流経路は複数形成される。三角形の金属平板によるアンテナエレメントは、基板上に銅箔等の金属薄膜を貼り付けてこの金属膜をエッチングすることにより所望のアンテナ形状を得る方法で形成してもよい。
【００２２】
図５（ａ），（ｂ）には、本発明のアンテナにおける別の実施形態を示す。基本的な構造は図４（ａ），（ｂ）に示すものと同じであるが、キャパシタ部材１３を設ける代わりに、スタブ１４が、一端がアンテナエレメント１０に接続された鉤状の電極と該電極の他端に接続されグランドパターン１８と平行に対向するように形成され長細形状の金属部とで構成されている。この構造では、スタブ１４の該金属部とグランドパターン１８との間に容量成分を意図的に発生させることで、キャパシタ部材１３と同等の効果を発揮させることができる。そして、スタブ１４の金属部の長さを変えて電気長を調節することにより所望の容量成分を発生させることができる。したがって、この実施形態においても図４と同様に、スタブ１４の金属部が、周波数帯に応じてショートスタブとオープンスタブの両方の役割を果たす電極となる。
【００２３】
図４および図５について、スタブ１４の電気長に応じて発生する誘導成分が、図４においてはキャパシタ部材１３の容量成分と、また図５においてはスタブ１４の金属部とグランドパターン１８とが平行に対向しているために発生する容量成分と直列に接続されており、これら容量成分の値を制御することによりアンテナの反射係数を変えることができる。このため、本発明のアンテナを作製した後に、車両１の金属ボディによる影響を受けてアンテナ特性が変化した場合でも、アンテナを設計および作製し直さずにキャパシタ部材１３の容量値やスタブ１４の金属部の長さを変更するだけでアンテナ特性を最適化することができる。
【００２４】
ここで、図４に示すキャパシタ部材１３を用いて容量成分の値を変えた場合、または図５に示すグランドパターン１８と平行対向するスタブ１４の金属部の長さを調整して容量成分の値を変えた場合においてアンテナの反射係数が変化する様子を図６のグラフに示す。アンテナの出力インピーダンスを変えることは、反射係数を変化させることになる。したがって、アンテナアンプの入力インピーダンスとの整合状態も変化するため、結果としてアンテナ利得を調整することができる。図６のグラフからわかるように、本発明のアンテナにおいては動作帯域を広帯域に維持したまま反射係数を変化させることができる。したがって、アンテナの出力インピーダンスを変化させてアンテナアンプの入力インピーダンスとのインピーダンス整合を行うと、インピーダンス整合が良好になるにつれて、反射係数は、波線１５に示すグラフから一点鎖線１６に示すグラフを経て実線１７に示すように、所望の周波数帯域において小さくなる。
【００２５】
以上が、本発明のアンテナに関する説明である。上記の説明では、本発明のアンテナはＦＭ放送（例えば、７６．０ＭＨｚ〜９０．０ＭＨｚ）およびＡＭ放送（例えば、５００ＭＨｚ〜１７００ＭＨｚ）の帯域の電波の受信を意図して構成されているが、アンテナエレメントの電気長を変えることで他の周波数帯の電波を受信するアンテナとして機能させることもできる。また、上記の説明ではアンテナエレメントを直角三角形として説明している。これは、アンテナエレメントにおいて互いに近接する複数の電流経路を形成するには三角形が適していると考えられるからであるが、ＡＭラジオ放送用のアンテナとして共用できるようにするための金属面積と複数の電流経路すなわち信号伝送路を確保できるのであれば、アンテナエレメントの形状は任意の多角形形状でもよいし、グランドと対向する端辺を曲線で構成してもよい。
【００２６】
さらに、本発明のアンテナをルーフスポイラに内蔵することは、本発明を実施する一態様にすぎない。上記説明の通り本発明によってアンテナ装置の小型化を達成できるため、本発明のアンテナをルーフスポイラに組み込むことは好適ではあるが、ルーフスポイラに限らず車両の適当な外装部材に内蔵することもでき、さらに車両以外の種々の態様に本発明のアンテナを適用できることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００２７】
１０    アンテナエレメント
１１    回路基板
５，６，１２    給電点
１３    キャパシタ部材
１４    スタブ
１８    グランドパターン
【図１】
2011035520.tif 000003
【図２】
2011035520.tif 000004
【図３】
2011035520.tif 000005
【図４】
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【図５】
2011035520.tif 000007
【図６】
2011035520.tif 000008