(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘリカルエレメントの中間部にコイルとコンデンサの並列共振回路からなるローディング回路を有する第１素子部と、この第１素子部の軸方向と略平行でその外側に近接して配置したアンテナエレメント部の基端を前記第１素子部の給電点に容量結合してなる第２素子部と、を備え、前記ローディング回路の並列共振周波数を第１周波数帯とこれよりも高い周波数の第２周波数帯との中間の値に設定して前記第１素子部の実効長を前記第１周波数帯と第２周波数帯に対してそれぞれにほぼ１／４波長に設定し、前記第２素子部の物理的長さを前記第１素子部の物理的長さよりも短くするとともに前記第２素子部の実効長を前記第２周波数帯よりも高い周波数の第３周波数帯に対して前記容量結合の容量を含んでほぼ１／４波長に設定して構成したことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
ヘリカルエレメントの中間部にコイルとコンデンサの並列共振回路からなるローディング回路を有する第１素子部と、この第１素子部の軸心にまたは同軸心状に配置したアンテナエレメント部の基端を前記第１素子部の給電点に容量結合してなる第２素子部と、を備え、前記ローディング回路の並列共振周波数を第１周波数帯とこれよりも高い周波数の第２周波数帯との中間の値に設定して前記第１素子部の実効長を前記第１周波数帯と第２周波数帯に対してそれぞれにほぼ１／４波長に設定し、前記第２素子部の物理的長さを前記第１素子部の物理的長さよりも短くするとともに前記第２素子部の実効長を前記第２周波数帯よりも高い周波数の第３周波数帯に対して前記容量結合の容量を含んでほぼ１／４波長に設定して構成したことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項３】
請求項１または２記載のアンテナ装置において、前記第１素子部の物理的長さが、前記第１周波数帯の１／１０ないし１／２０波長に設定して構成したことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項４】
請求項１または２記載のアンテナ装置において、前記アンテナエレメント部を棒状エレメントで構成したことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項５】
請求項１または２記載のアンテナ装置において、前記ローディング回路のコイルが、前記ヘリカルエレメントと同じ巻径で同軸上に構成したことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項６】
請求項１または２記載のアンテナ装置において、前記第２素子部の容量結合を、前記アンテナエレメント部の基端を前記給電点に直流的に電気的接続せずに近接配置して構成したことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項７】
請求項１ないし６記載のいずれかのアンテナ装置において、前記第１素子部と第２素子部がともに弾性変形可能であるとともに、前記第１素子部と第２素子部とを一体的に覆うように、弾力性を有する絶縁樹脂で１本の棒状体にカバーをモールド成型して構成したことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項８】
請求項１または２記載のアンテナ装置において、前記給電点に、所定の周波数帯の信号を帯域毎に分波する分波器を設け、その分波して出力された信号を増幅する増幅器をそれぞれに設けて構成したことを特徴とするアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、３つ以上の所定の周波数帯の信号を共振させて送受信できるアンテナ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
国内ＴＶ放送のＶＨＦ（ＬＯＷ）、ＶＨＦ（ＨＩＧＨ）、ＵＨＦの３つの周波数帯の信号をともに送受信するための車載用および屋内卓上用の従来のアンテナ装置にあっては、約１ｍ程度の物理的長さを有するモノポールアンテナが汎用されていた。これは、３つの周波数帯の中で最も低い周波数であるＶＨＦ（ＬＯＷ）に対してほぼ１／４波長に設定したものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のアンテナ装置にあっては、約１ｍとその占有空間が大きく、また長尺であるために折れるなどの破損の危険性も高く、より小型化したものが強く要望されていた。そこで、従来のアンテナを単に小型化することが考えられるが、単に小型化したものはその利得やＶＳＷＲなどのアンテナ特性が劣化する傾向にあるとともに、所定のアンテナ特性で送受信できる帯域幅が狭くなり、所望の周波数帯で充分に送受信できる帯域幅が確保できない、という不具合が生じて実用が困難であった。
【０００４】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、小型化してもアンテナ特性が劣化せず、かつ所望の周波数帯に対して所定の帯域幅が得られるアンテナ装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明のアンテナ装置は、ヘリカルエレメントの中間部にコイルとコンデンサの並列共振回路からなるローディング回路を有する第１素子部と、この第１素子部の軸方向と略平行でその外側に近接して配置したアンテナエレメント部の基端を前記第１素子部の給電点に容量結合してなる第２素子部と、を備え、前記ローディング回路の並列共振周波数を第１周波数帯とこれよりも高い周波数の第２周波数帯との中間の値に設定して前記第１素子部の実効長を前記第１周波数帯と第２周波数帯に対してそれぞれにほぼ１／４波長に設定し、前記第２素子部の物理的長さを前記第１素子部の物理的長さよりも短くするとともに前記第２素子部の実効長を前記第２周波数帯よりも高い周波数の第３周波数帯に対して前記容量結合の容量を含んでほぼ１／４波長に設定して構成されている。
【０００６】
また、ヘリカルエレメントの中間部にコイルとコンデンサの並列共振回路からなるローディング回路を有する第１素子部と、この第１素子部の軸心にまたは同軸心状に配置したアンテナエレメント部の基端を前記第１素子部の給電点に容量結合してなる第２素子部と、を備え、前記ローディング回路の並列共振周波数を第１周波数帯とこれよりも高い周波数の第２周波数帯との中間の値に設定して前記第１素子部の実効長を前記第１周波数帯と第２周波数帯に対してそれぞれにほぼ１／４波長に設定し、前記第２素子部の物理的長さを前記第１素子部の物理的長さよりも短くするとともに前記第２素子部の実効長を前記第２周波数帯よりも高い周波数の第３周波数帯に対して前記容量結合の容量を含んでほぼ１／４波長に設定して構成しても良い。
【０００７】
そして、前記第１素子部の物理的長さが、前記第１周波数帯の１／１０ないし１／２０波長に設定して構成することもできる。
【０００８】
また、前記アンテナエレメント部を棒状エレメントで構成することもできる。
【０００９】
また、前記ローディング回路のコイルが、前記ヘリカルエレメントと同じ巻径で同軸上に構成することもできる。
【００１０】
また、前記第２素子部の容量結合を、前記アンテナエレメント部の基端を前記給電点に直流的に電気的接続せずに近接配置して構成することもできる。
【００１１】
さらに、前記第１素子部と第２素子部がともに弾性変形可能であるとともに、前記第１素子部と第２素子部を一体的に覆うように、弾力性を有する絶縁樹脂で１本の棒状体にカバーをモールド成型して構成しても良い。
【００１２】
また、前記給電点に、所定の周波数帯の信号を帯域毎に分波する分波器を設け、その分波して出力された信号を増幅する増幅器をそれぞれに設けて構成することもできる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施例を図１ないし図５を参照して説明する。図１は、本発明のアンテナ装置の第１実施例の構成図である。図２は、ローディング回路の動作を説明する図である。図３は、等価回路図である。図４は、ＶＳＷＲ特性図である。図５は、利得特性図である。
【００１４】
図１において、弾力性を有する導電金属線からなるヘリカルエレメント１０は、その中間部が同じ巻径でかつ同軸上でピッチが密に巻回されてローディング回路１２用のコイル１０ａとされ、このコイル１０ａの両端にコンデンサ１４が並列に電気的接続される。これらのコイル１０ａとコンデンサ１４の並列共振回路によりローディング回路１２が形成されている。そして、ヘリカルエレメント１０とその中間部に設けられたローディング回路１２で第１素子部１６が構成されている。また、ヘリカルエレメント１０の外側に近接して軸方向と略平行に弾力性を有する導電金属線からなるアンテナエレメント部１８としての棒状エレメントが配設される。このアンテナエレメント部１８の基端は、第１素子部１６の給電点２０と僅かに離されて、直流的に電気的接続されずに近接配置されて、浮遊容量２８で容量結合がなされる。そして、給電点２０に、同軸ケーブル２２の中心導体が電気的接続され、その外部導体には給電点２０の近傍で地線２４が電気的接続される。さらに、第１素子部１６と第２素子部３２の全体を一体的に覆って外形形状が１本の棒状となるように、弾力性を有する絶縁樹脂でカバー２６がモールド成型される。
【００１５】
そして、ローディング回路１２の共振周波数は、一例として第１周波数帯ｆ１としてのＶＨＦ（ＬＯＷ）とこれよりも高い周波数である第２周波数帯ｆ２としてのＶＨＦ（ＨＩＧＨ）との中間の値に設定される。そこで、図２に示すごとく、ローディング回路１２は、第１周波数帯ｆ１に対してインダクタンス成分として作用し、第２周波数帯ｆ２に対してキャパシタンス成分として作用する。この結果、第１素子部１６は、第１周波数帯ｆ１に対してはインダクタンス効果により１／４波長の実効長を有するとともに、第２周波数帯ｆ２に対してもキャパシタンス効果により１／４波長の実効長を有することができ、図３のごとく、ともに共振することができる。
【００１６】
また、第２素子部３２のアンテナエレメント部１８は、ヘリカルエレメント１０に近接して配設されるので、相互結合干渉を生じて第２素子部３２の帯域幅が狭くなる虞がある。しかし、本発明では、アンテナエレメント部１８の基端が浮遊容量２８により給電点２０に対して容量結合されるので、この容量結合による低周波数遮断効果により大幅に干渉を低減することができ、帯域幅を維持することができる。そして、第２素子部３２の実効長を第２周波数帯ｆ２よりも高い周波数の第３周波数帯ｆ３としてのＵＨＦに対して、容量結合の浮遊容量２８を含んでほぼ１／４波長として、図３のごとく、共振させることができる。なお、第１素子部１６の物理的長さは、一例として約２５０ｍｍである。そして、アンテナエレメント部１８としての棒状エレメントの物理的長さは、一例として１００ｍｍである。また、ヘリカルエレメント１０とアンテナエレメント部１８の間隔は、５〜１０ｍｍであって第３周波数帯ｆ３の約１／１００波長程度である。さらに、浮遊容量２８を構成するアンテナエレメント部１８の基端と給電点２０の間隔は、１〜２ｍｍ程度である。
【００１７】
かかる構成のアンテナ装置のアンテナ特性を測定したところ、図４に示すごとく、ＶＨＦ（ＬＯＷ）、ＶＨＦ（ＨＩＧＨ）、ＵＨＦの第１周波数帯ｆ１，第２周波数帯ｆ２，第３周波数帯ｆ３のいずれに対しても良好なＶＳＷＲ特性が示された。また、図５に示すごとく、第１周波数帯ｆ１，第２周波数帯ｆ２，第３周波数帯ｆ３のいずれに対しても良好な利得と充分な帯域幅が得られた。
【００１８】
ところで、第１素子部１６の物理的長さをできるだけ短縮して、共振させようとする周波数の１／１０波長程度の長さとすると、アンテナ特性の劣化が生じてくる。そして、さらに短縮して１／２０波長程度の長さとすると、そのアンテナ特性の劣化が著しく実用に耐えない。そこで、本発明では、図１に示すごとく、ローディング回路１２を介装するなどの対策を施すことでアンテナ特性の劣化を抑制して、実験的に実用に供し得る範囲でできるだけ短縮し、第１素子部１６を約２５０ｍｍの長さとしたものを実現し、小型化の要請と実用に充分に耐え得る性能との両立が図られている。
【００１９】
次に、本発明の第２実施例を図６を参照して説明する。図６は、本発明のアンテナ装置の第２実施例の構成図である。図６において、図１ないし図５に示す部材と同じもしくは均等な部材には、同じ符号を付けて重複する説明を省略する。
【００２０】
図６に示す第２実施例にあっては、第２素子部３２を構成するアンテナエレメント部１８が、第１素子部１６のヘリカルエレメント１０の軸心に配設され、その基端がディスクリート部品のコンデンサ３０を介して給電点２０に電気的接続されている。かかる構成にあっては、第１実施例よりもその外形形状を細くできるとともに軸心を中心とする軸対称となり屈曲に対しても方向性がなく良好である。ここで、第２実施例のごとくアンテナエレメント部１８をヘリカルエレメント１０の軸心に配設することで、相互結合干渉を生じ易く、帯域幅が充分に得られにくい。そこで、ＵＨＦのごとく広い帯域を必要とする周波数帯には不適当であるが、セルラー電話などの比較的に帯域幅の狭い周波数帯では充分に使用することができる。なお、第２実施例ではディスクリート部品のコンデンサ３０で容量結合させているが、浮遊容量により容量結合させても良いことは勿論である。
【００２１】
本発明のアンテナ装置は、上記のごとく構成されているが、ＶＨＦ（ＬＯＷ），ＶＨＦ（ＨＩＧＨ），ＵＨＦをそれぞれに第１周波数帯ｆ１，第２周波数帯ｆ２，第３周波数帯ｆ３とするものに適用するものに限られないことを以下説明する。まず、ＡＭ放送周波数帯では、従来の約１ｍのモノポールアンテナであっても共振せず、本発明のごとく共振せずに物理的長さの短いアンテナ装置にあっても、その物理的長さに応じた信号強度で受信は可能である。また、ＦＭ放送周波数帯では、ＶＨＦ（ＬＯＷ）とその周波数帯がほぼ一致しており、第１周波数帯ｆ１を共用できる。そして、ＤＡＢ（デジタル、オーディオ、ブロードキャスティング）のＢＡＮＤ３の周波数帯は、ＶＨＦ（ＨＩＧＨ）の周波数帯にほぼ含まれており、第２周波数帯ｆ２を共用することができる。さらに、セルラー電話などの８００ＭＨｚ帯は、ＵＨＦの周波数帯と近接しており、第３周波数帯ｆ３を共用できる。また、第３周波数帯ｆ３の帯域幅を広く設定することで、１．５ＧＨｚや１．９ＧＨｚの電話帯を含ませることも可能である。なお、第３周波数帯ｆ３をＵＨＦに代えて、１．５ＧＨｚ帯や１．９ＧＨｚ帯に設定することも可能である。
【００２２】
そこで、本発明のアンテナ装置は、実施例で説明した３つの周波数帯の信号を送受信できるのみならず、適宜な設定により４つ以上の周波数帯の信号をも送受信することが可能である。その一例を、図７を参照して説明する。図７において、本発明のアンテナ装置の給電点２０が、ローパスフィルタ４０とＦＭバンドパスフィルタ４２とＤＡＢのＢＡＮＤ３バンドパスフィルタ４４とハイパスフィルタ４６とが並列接続された分波器４８に電気的接続される。そして、ローパスフィルタ４０からはＡＭ放送周波数帯の信号が出力され、これがバッファ増幅器５０とローパスフィルタ５２を介してＡＭ／ＦＭ出力端子５４に出力される。また、ＦＭバンドパスフィルタ４２からはＦＭ放送周波数帯の信号が出力され、これがＦＭ増幅器５６とハイパスフィルタ５８を介してＡＭ／ＦＭ出力端子５４に出力される。また、ＢＡＮＤ３バンドパスフィルタ４４からはＤＡＢのＢＡＮＤ３の周波数帯の信号が出力され、ＢＡＮＤ３増幅器６０を介してＢＡＮＤ３出力端子６２に出力される。そして、ハイパスフィルタ４６からはＤＡＢのＬバンドの周波数帯の信号が出力され、Ｌバンド増幅器６４を介してＬバンド出力端子６６に出力される。図７において、所望の周波数帯に応じて、分波器４８で周波数帯毎に分波するためのフィルタを適宜に設定することは勿論である。
【００２３】
なお、上記実施例において、第２素子部３２のアンテナエレメント部１８を棒状エレメントに代えてコイルエレメントを用いても良い。第２実施例において、アンテナエレメント部１８としてコイルエレメントを用いる場合には、これをヘリカルエレメント１０と同軸心状に配設すれば良い。また、ローディング回路１２を構成するコンデンサ１４は、デイスクリート部品で構成したものに限られず、平行２線ケーブルなどを用いて適宜に構成しても良い。さらに、実施例では、ローディング回路１２のコイル１０ａをヘリカルエレメント１０と同じ巻径としているが、これに限られず、巻径を細くしても良いことは勿論である。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のアンテナ装置は構成されているので、以下のごとき格別な効果を奏する。
【００２５】
請求項１記載のアンテナ装置にあっては、３つの周波数帯の信号を共振させて送受信でき、しかもその物理的長さを短くできるので、車載用または屋内卓上用の多周波数アンテナとして好適である。特に、第２素子部を給電点に容量結合したので、この容量結合による低周波数遮断効果で大幅に干渉を低減することができ、最も高い周波数の第３周波数帯の帯域幅を広くすることができ、広い帯域を必要とするＵＨＦを受信するのに好適である。
【００２６】
また、請求項２記載のアンテナ装置にあっては、請求項１と同様な効果を奏するとともに、第２素子部が第１素子部のヘリカルエレメント内に配設され、その外形をより細くすることができて美観に優れているとともに、弾性変形に対しても方向性がない。しかし、相互結合干渉により第３周波数帯の帯域幅が狭くなる傾向にあり、帯域幅の狭い電話などの周波数帯の信号の送受信に好適である。
【００２７】
そして、請求項３記載のアンテナ装置にあっては、物理的長さを短くしたので、特にボディの外側に配設する車載用のアンテナ装置として好適である。
【００２８】
また、請求項４記載のアンテナ装置にあっては、アンテナエレメント部として棒状エレメントを用いているので、これをヘリカルコイルの外側に配設した場合に、アンテナエレメント部としてコイルエレメントを用いるものに比較して、アンテナ装置全体の外形を細くすることができる。
【００２９】
また、請求項５記載のアンテナ装置にあっては、ローディング回路のコイルを、ヘリカルエレメントに対して同じ巻径で同軸上で、ピッチなどを変えることで製造でき、製造工程が少なく、それだけ製造が容易である。また、一連に構成するので、別部材で構成するよりも部品点数が削減できる。
【００３０】
また、請求項６記載のアンテナ装置にあっては、アンテナエレメント部の基端の容量結合を直流的に電気的接続させせずに近接配置して構成するので、コンデンサとしての部品が省かれ、部品点数が少なくなるとともに組立工数も少なく、それだけ量産に好適である。
【００３１】
さらに、請求項７記載のアンテナ装置にあっては、モールド成型により全体を一体的に覆うようにカバーを成型するので、組立工数が少ない。しかも、カバーの絶縁樹脂がヘリカルエレメント内にも充填されており、屈曲などに対してその強度が高くなるとともにヘリカルエレメントのピッチに変動を生ずることがなく、アンテナ特性が安定したものとなる。
【００３２】
また、請求項８記載のアンテナ装置にあっては、本発明のアンテナ装置を所望の多数の周波数帯のアンテナとして適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のアンテナ装置の第１実施例の構成図である。
【図２】ローディング回路の動作を説明する図である。
【図３】等価回路図である。
【図４】ＶＳＷＲ特性図である。
【図５】利得特性図である。
【図６】本発明のアンテナ装置の第２実施例の構成図である。
【図７】本発明のアンテナ装置で適宜な設定により多数の周波数帯の信号を送受信できることを説明する図である。
【符号の説明】
１０  ヘリカルエレメント
１０ａ  コイル
１２  ローディング回路
１４、３０  コンデンサ
１６  第１素子部
１８  アンテナエレメント部
２０  給電点
２６  カバー
２８  浮遊容量
３２  第２素子部
４８  分波器
５０  バッファ増幅器
５６  ＦＭ増幅器
６０  ＢＡＮＤ３増幅器
６４  Ｌバンド増幅器
ｆ１  第１周波数帯
ｆ２  第２周波数帯
ｆ３  第３周波数帯
【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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