(57)【要約】【課題】小型でかつ広帯域の周波数特性を持つアンテナ装置を提供する。【解決手段】約１００×１００ｍｍのアンテナ基板１１の上面に１対のスパイラルアンテナ素子１２、１３を形成し、その始端部に給電点１６ａ、１６ｂを設ける。等角スパイラルアンテナ１０は、導体部分であるスパイラルアンテナ素子１２、１３と、このスパイラルアンテナ素子１２、１３間に形成される空隙部１４、１５が同一形状となっている。上記給電点１６ａ、１６ｂに給電用同軸ケーブルの心線（中心導体）及び外導体を接続する。スパイラルアンテナ素子１２のスパイラル曲線は、スパイラル方程式「ｒ＝ｅｘｐ［ａφ］」により求める。上式におけるｒはスパイラル半径、ａはスパイラル定数、φはｘ軸に対するスパイラル半径ｒ方向の角度を示している。【選択図】    図１
2004364040.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナ素子が等角スパイラル状に形成されたた自己補対型等角スパイラルアンテナにおいて、前記アンテナ素子の半径ｒを
ｒ＝ｅｘｐ［ａφ］
但し、ａはスパイラル定数、φはｘ軸に対する半径ｒ方向の角度
の式により求め、前記スパイラル定数ａを約０．３〜２．０の範囲で設定したことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のアンテナ装置において、最大外形寸法を約１００ｍｍに設定したことを特徴とするＵＨＦ帯受信用アンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自己補対型等角スパイラルアンテナに係り、特に車載用として好適なアンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、基地局と自動車に搭載される移動局との間で無線通信を行なう場合、電波の到来方向が不特定であることから一般に無指向性のアンテナ、例えばホイップアンテナが一般に使用されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
しかし、ホイップアンテナは、アンテナ利得が低く、状況によっては通信不能となる場合もあり、十分な通信品質が得られない状況も多かった。
【０００４】
また、近年では、次世代の道路システムとして、高度道路交通システム（ＩＴＳ：Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ  Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）が注目を集めている。この高度道路交通システムとしては、例えばカーナビゲーション、ＶＩＣＳ（Ｖｅｈｉｃｌｅ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ：道路交通情報通信システム）、ＥＴＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｔｏｌｌ  Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ：自動料金収受システム）、テレマティックス）等、種々のシステムが考えられており、車両に搭載される情報通信機器も増加している。
【０００５】
上記ＶＩＣＳ（道路交通情報通信システム）は、道路上に設置したビーコン（情報通信施設）やＦＭ多重放送などを使って、渋滞、事故、交通規制、駐車場などの交通情報を、自動車に搭載したカー・ナビゲーション・システムにリアルタイムで提供するシステムである。
【０００６】
ＥＴＣ（自動料金収受システム）は、高速道路などの料金所を通過する際、ゲートと車載コンピュータの間で５ＧＨｚ帯の周波数を使用して通信を行ない、自動的に料金の支払いを行なうシステムで、既に平成１３年秋にサービスが開始されている。
【０００７】
テレマティックスは、カーナビゲーション、パーソナルコンピュータ、携帯電話等からドライブに役立つコンテンツを利用できるようにしたインターネットサービスで、例えばドライブ中に、カーナビゲーションによりアクセスして現在地や行き先周辺の施設や天気を検索することができる。
【０００８】
また、その他、自動車で利用できる情報通信システムとしては、地上デジタル放送やＩＭＴ−２０００（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  ２０００：次世代移動通信システム）がある。
【０００９】
上記地上デジタル放送は、２００３年１２月から放送の開始が予定されており、４７０〜７７０ＭＨｚの周波数帯が使用される。
また、ＩＭＴ−２０００（次世代移動通信システム）は、国際ローミング、有線電話並みの音声品質の電話、２Ｍｂｐｓ程度の高速データ伝送などの実現を目指し、１９２０〜２１７０ＭＨｚの無線周波数が使用される。
【００１０】
【特許文献１】
実開平６−７０３１３号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように車両に搭載される情報通信機器が近年益々増加する傾向にあり、それに伴い車両に取り付けるアンテナの数も増加し、取付け場所等が問題になる。このため各情報通信機器が使用する周波数帯域を全てカバーできる広帯域のアンテナが望まれている。例えば地上デジタル放送からＩＭＴ−２０００までの周波数帯域をカバーしようとすると、４７０ＭＨｚ〜２１７０ＭＨｚの非常に広い周波数帯域をカバーする周波数特性が要求される。更に、ＥＴＣまで使用できるようにすると、５ＧＨｚ帯まで受信できる周波数特性が要求される。
【００１２】
しかし、従来用いられているホイップアンテナは、上記の条件を満足する周波数帯域を得ることができず、上記各情報通信機器が使用する周波数帯域を全てカバーすることは不可能である。
【００１３】
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、小型でかつ広帯域の周波数特性を持つアンテナ装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、アンテナ素子が等角スパイラル状に形成されたた自己補対型等角スパイラルアンテナにおいて、前記アンテナ素子の半径ｒを
ｒ＝ｅｘｐ［ａφ］
但し、ａはスパイラル定数、φはｘ軸に対する半径ｒ方向の角度
の式により求め、前記スパイラル定数ａを約０．３〜２．０の範囲で設定したことを特徴とする。
【００１５】
上記のように構成した等角スパイラルアンテナは、大きさにより受信周波数の下限があるが、最大外形寸法を約１００ｍｍに設定することにより、４７０〜７７０ＭＨｚのＵＨＦ帯域及びそれ以上の帯域をカバーすることができ、小型でかつ広帯域の周波数特性を持たせることができる。従って、広帯域の周波数特性が要求される高度道路交通システム（ＩＴＳ）用のアンテナとして大きな効果を発揮することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００１７】
（第１実施形態）
図１は、本発明の一実施形態に係る自己補対型、すなわちアンテナ素子が等角スパイラル状に形成されたた自己補対型の等角スパイラルアンテナ１０の構成を示す正面図である。図１において、１１はアンテナ基板で、例えば約１００ｍｍ×１００ｍｍの四角形状に形成されている。上記アンテナ基板１１の上面に、１対のスパイラルアンテナ素子１２、１３を例えばエッチング処理により等角スパイラル状に形成する。等角スパイラルアンテナ１０は、導体部分であるスパイラルアンテナ素子１２、１３と、このスパイラルアンテナ素子１２、１３間に形成される空隙部１４、１５が同一形状となっている。そして、上記スパイラルアンテナ素子１２、１３の始端部に給電点１６ａ、１６ｂが設けられる。上記一方の給電点１６ａに給電用同軸ケーブル（図示せず）の心線（中心導体）が接続され、他方の給電点１６ｂに上記給電用同軸ケーブルの外導体が接続される。
【００１８】
上記等角スパイラルアンテナ１０を製作する場合には、先ず、スパイラル曲線の座標化処理を行ない、その座標データをＣＡＤデータに変換する。そして、ＣＡＤにより上記ＣＡＤデータに基づいて加工し、エッチング処理によりスパイラルアンテナ素子１２、１３を形成する。
【００１９】
上記スパイラルアンテナ素子１２のスパイラル半径ｒは、次式に示すスパイラル方程式
ｒ＝ｅｘｐ［ａφ］
によって求める。上式は、図２に示すｘ−ｙ座標において、スパイラル曲線１７の半径をｒ、スパイラル定数をａ、ｘ軸に対するスパイラル半径ｒ方向の角度をφとして示している。上記スパイラル定数ａは、通常は例えば約０．３〜１．２の範囲で設定するが、２．０程度までは実用化が可能である。上記スパイラル定数ａは、数値が大きいほど巻がきつくなる。
【００２０】
図３は、スパイラル定数ａをａ＝０．３、ａ＝０．５、ａ＝１．０、ａ＝１．２として等角スパイラルアンテナ１０を試作した場合の電圧定在波比特性を示したもので、横軸に周波数ＧＨｚをとり縦軸に電圧定在波比（ＶＳＷＲ）をとって示した。上記図３においては、スパイラル定数ａを「０．５」としたときに最も良好な特性となっているが、その他の値の場合においても、十分に使用することができる。
【００２１】
上記等角スパイラルアンテナ１０は、例えば図４に示すケース２０に収納されて使用される。図４において、２１はケース本体、２２は蓋であり、例えば合成樹脂を用いて構成される。ケース本体２１には、例えば２つの板状のアンテナ支持部材２３が所定の間隔で一体に設けられる。
【００２２】
上記アンテナ支持部材２３は、それぞれ両側部２４ａ、２４ｂが上方に数ｍｍ突出して設けられる。上記一方の側部２４ａと他方の側部２４ｂとの間隔ｗは、等角スパイラルアンテナ１０の大きさ、すなわちアンテナ基板１１の大きさに合わせて、この場合には１００ｍｍに設定され、側部２４ａ、２４ｂ間に形成される凹部で上記アンテナ基板１１の左右を支持するようになっている。
【００２３】
また、アンテナ支持部材２３は、側部２４ａ、２４ｂを除く中央部、すなわち上記凹部の高さｈが例えば１５ｍｍ程度の値に設定される。このアンテナ支持部材２３の高さｈは、等角スパイラルアンテナ１０をケース２０に収納して車両の天井部位等に設置した場合に、車両の影響を受けないような値に設定される。
【００２４】
また、上記ケース本体２１には、アンテナ支持部材２３の外側に２つの柱状の突部２５が所定の間隔で設けられる。この突部２５は、等角スパイラルアンテナ１０の前後を保持するためのもので、その間隔は等角スパイラルアンテナ１０の大きさに合わせて１００ｍｍに設定される。すなわち、アンテナ支持部材２３及び突部２５によって等角スパイラルアンテナ１０の前後、左右を支持するように構成している。
【００２５】
更に、ケース本体２１の四隅及び頂部には、透孔２６が設けられる。一方、蓋２２の下面側には、上記透孔２６に対応する位置にネジ穴を設けている。ケース本体２１に蓋２２を装着する際、ケース本体２１の下側から透孔２６内にネジを挿入し、蓋２２の下面に設けたネジ穴に螺着して蓋２２をケース本体２１に固定する。
【００２６】
また、ケース本体２１の下面には、マグネット板（図示せず）が固着されており、このマグネット板の磁気吸着力を利用してケース２０を車両等に取り付けるようになっている。
【００２７】
図５は、スパイラル定数ａを０．５とし、且つアンテナサイズ、すなわち最大外形寸法を
ａ：５０×５０ｍｍ
ｂ：７５×７５ｍｍ
ｃ：１００×１００ｍｍ
ｄ：１２５×１２５ｍｍ
ｅ：１５０×１５０ｍｍ
ｆ：１７５×１７５ｍｍ
ｇ：２００×２００ｍｍ
として等角スパイラルアンテナ１０を製作した場合の周波数と電圧定在波比（ＶＳＷＲ）との関係（シミュレーション値）を示したものである。
【００２８】
上記図５からも分かるように、ａの「５０×５０ｍｍ」サイズ、及びｂの「７５×７５ｍｍ」サイズのアンテナでは、４７０〜７７０ＭＨｚのＵＨＦ帯域をカバーすることができない。しかし、ｃの「１００×１００ｍｍ」サイズのアンテナ及びそれよりサイズが大きいｄ〜ｇのアンテナでは、４７０〜７７０ＭＨｚのＵＨＦ帯域及びそれ以上の帯域を十分にカバーすることができる。
【００２９】
以上のシミュレーション結果から明らかなように、４７０〜７７０ＭＨｚのＵＨＦ帯域及びそれ以上の帯域をカバーし、且つサイズが最も小さいアンテナとしては、ｃの「１００×１００ｍｍ」サイズのアンテナが最適である。
【００３０】
等角スパイラルアンテナは、無限大の大きさでは周波数によらずインピーダンスが一定となるが、無限大の大きさは実現不可能であり、大きさにより受信周波数の下限がある。なお、等角スパイラルアンテナにおける受信周波数の上限は、特に大きさの影響を受けない。従って、上記「１００×１００ｍｍ」サイズの等角スパイラルアンテナ１０によれば、５ＧＨｚ帯周波数を使用するＥＴＣのアンテナとしても使用することが可能である。
【００３１】
車載用アンテナとしては、受信を目的とする周波数帯における下限の周波数を受信できる最小の大きさとすることが望ましい。
【００３２】
図６は、上記「１００×１００ｍｍ」サイズの等角スパイラルアンテナ１０における電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の実測値とシミュレーション値を示したもので、横軸に周波数（ＭＨｚ）をとり、縦軸に電圧定在波比（ＶＳＷＲ）をとって示した。図６中の曲線Ａは電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の実測値、曲線Ｂはシミュレーション値を示している。
【００３３】
上記「１００×１００ｍｍ」サイズの等角スパイラルアンテナ１０の電圧定在波比（ＶＳＷＲ）は、シミュレーション値Ｂだけでなく、実測値Ａにおいても４７０〜７７０ＭＨｚのＵＨＦ帯域における電圧定在波比（ＶＳＷＲ）が２．２以下、１９２０〜２１７０ＭＨｚのＩＭＴ−２０００の帯域における電圧定在波比（ＶＳＷＲ）が２．０以下となっており、初期の目的を達成している。
【００３４】
図７〜図９は、上記「１００×１００ｍｍ」サイズの等角スパイラルアンテナ１０における２ＧＨｚの水平偏波−水平面指向性（単体指向性）の実測値とシミュレーション値を示したもので、図７は４７０ＭＨｚ、図８は６２０ＭＨｚ、図９は２ＧＨｚの場合である。また、上記図７〜図９における曲線Ａは実測値、曲線Ｂはシミュレーション値を示している。上記図９に示した２ＧＨｚにおける水平面指向性の半値幅は、実測値で７４度、シミュレーション値で８０度であった。なお、図７（ａ）は、測定系座標を示している。
【００３５】
上記等角スパイラルアンテナ１０は、図７〜図９に示したように８の字指向性となっているが、無指向性が要求される場合には、複数例えば２つの等角スパイラルアンテナ１０を組合せることによって無指向性とすることができる。
【００３６】
図１０は、上記「１００×１００ｍｍ」サイズの等角スパイラルアンテナ１０におけるＩＭＴ２０００帯域の利得特性（実測値）を示したもので、横軸に周波数（ＧＨｚ）をとり、縦軸に利得（ｄＢｉ）をとって示した。上記等角スパイラルアンテナ１０におけるＩＭＴ２０００帯域の利得は、１．９〜２．２ｄＢｉであり、十分な利得が得られている。
【００３７】
なお、上記実施形態では、アンテナ基板１１を方形状に形成した場合について示したが、その他、例えば円形や多角形等に形成しても同様の効果を得ることができる。
【００３８】
また、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できるものである。
【００３９】
【発明の効果】
以上詳記したように本発明によれば、アンテナ基板に自己補対型の等角スパイラルアンテナ素子を形成し、最大外形寸法を約１００ｍｍに設定することにより、ＵＨＦ帯域及びそれ以上の帯域をカバーすることができ、小型でかつ広帯域の周波数特性を持たせることができる。従って、広帯域の周波数特性が要求される高度道路交通システム用のアンテナとして大きな効果を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の正面図。
【図２】同実施形態におけるアンテナ素子のスパイラル半径を求める場合の説明図。
【図３】同実施形態において、スパイラル定数の値を「０．３」、「０．５」、「０．８」とした場合の周波数特性を示す図。
【図４】同実施形態において、アンテナを収納するケースの構成例を示す斜視図。
【図５】同実施形態において、アンテナサイズを可変設定した場合の電圧定在波比特性を示す図。
【図６】同実施形態において、アンテナサイズを１００×１００ｍｍとした場合の電圧定在波比特性を示す図。
【図７】同実施形態において、４７０ＭＨｚにおける水平偏波−水平面指向性を示す図。
【図８】同実施形態において、６２０ＭＨｚにおける水平偏波−水平面指向性を示す図。
【図９】同実施形態において、２ＧＨｚにおける水平偏波−水平面指向性を示す図。
【符号の説明】
１０…等角スパイラルアンテナ
１１…アンテナ基板
１２、１３…スパイラルアンテナ素子
１４、１５…空隙部
１６ａ、１６ｂ…給電点
１７…スパイラル曲線
２０…ケース
２１…ケース本体
２２…蓋
２３…アンテナ支持部材
２４ａ、２４ｂ…側部
２５…突部
２６…透孔
【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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