説明

平面状アンテナ

【課題】1つのアンテナで広帯域の水平偏波と垂直偏波の両方を送受信可能なアンテナ特性を有する平面状アンテナを提供する。
【解決手段】広帯域周波数の水平偏波を送受信する平面状の水平アンテナ素子部2と、広帯域周波数の垂直偏波を送受信する平面状の垂直アンテナ素子部3と、を同一平面状に連続して形成した直角L字状のアンテナ素子部1を備える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、平面状アンテナに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、無線通信機器に使用されるアンテナはその機器が利用する周波数帯のみを対象としている。例えば、自動車の場合、AM/FMラジオ、VICS(Vehicle Information and Communication System)、GPS(Global Positioning System)、テレビ(VHF/UHF帯)、ETC(Electronic Toll Collection system)など様々な周波数の電波を受信するアンテナが自動車の内外に設けられている(例えば、特許文献1参照)。さらに、その利用する電波が、水平偏波であるなら水平型アンテナが、垂直偏波であるならば垂直型アンテナが設けられていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平9−130120号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、多数のアンテナを設置するには、手間や時間がかかると共に、多数の設置箇所を確保する必要があるといった問題があった。
また、垂直偏波や水平偏波は、障害物に当たることで水平偏波から垂直偏波へ、或いは、垂直偏波から水平偏波へ、変化してしまう場合がある。つまり、周波数と、水平又は垂直偏波と、に対応した適切なアンテナを設けていても、高層建築物が乱立する場所や山間部では、均一に電波を送受信できないという問題があった。特に、自動車業界において、水平偏波及び垂直偏波を1つのアンテナで受信可能なものが求められている。また、アンテナは、複数の周波数(帯域)を受信可能な広帯域が好ましいとされていた。
【0005】
そこで、本発明は、1つのアンテナで広帯域の水平偏波と垂直偏波の両方を送受信可能なアンテナ特性を有する平面状アンテナの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するために、本発明の平面状アンテナは、広帯域周波数の水平偏波を送受信する平面状の水平アンテナ素子部と、広帯域周波数の垂直偏波を送受信する平面状の垂直アンテナ素子部と、を同一平面状に連続して形成した直角L字状のアンテナ素子部を備えたものである。
また、上記直角L字状のアンテナ素子部は、2つの給電点を有すると共に該給電点近傍のスリット部のみが開口するループ状であって、かつ、水平部と垂直部から成る直角L字状に形成された外枠素子部と、該外枠素子部の内方位置に配設される水平部と垂直部から成る直角L字板状の無給電素子部と、有し、上記外枠素子部の上記水平部と上記無給電素子部の上記水平部とで上記水平アンテナ素子部を形成し、上記外枠素子部の上記垂直部と上記無給電素子部の上記垂直部とで上記垂直アンテナ素子部を形成したものである。
また、上記外枠素子部は、上記水平部の外端辺部から、上記無給電素子部の上記水平部の外端辺部に接近する方向に突出する帯状水平突片を有し、かつ、上記垂直部の外端辺部から、上記無給電素子部の上記垂直部の外端辺部に接近する方向に突出する帯状垂直突片を有するものである。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、偏波毎に多数のアンテナを設ける必要がなく、1つのアンテナで水平偏波と垂直偏波を受信できる。利用する周波数に対し、均一に電波を送受信可能なアンテナ特性を得ることができる。L字状であるため、自動車のフロントガラスや、建築物の窓の隅部に沿って配設でき、視界を損ねずに設置できる。複数の周波数帯域の水平偏波と垂直偏波を1つのアンテナで送受信できる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】本発明の実施の一形態を示す正面図である。
【図2】図1のA−A拡大断面図である。
【図3】図1の要部拡大図である。
【図4】図1の要部拡大図である。
【図5】他の実施形態を示す正面図である。
【図6】使用状態説明図である。
【図7】実施例のVSWR特性の測定結果を示したグラフ図である。
【図8】実施例の470MHzにおける指向性及び利得特性の測定結果を示したグラフ図である。
【図9】実施例の590MHzにおける指向性及び利得特性の測定結果を示したグラフ図である。
【図10】実施例の710MHzにおける指向性及び利得特性の測定結果を示したグラフ図である。
【図11】比較例の指向性及び利得特性の測定結果を示したグラフ図である。
【図12】他の比較例の指向性及び利得特性の測定結果を示したグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、図示の実施形態に基づき本発明を詳説する。
本発明の平面状アンテナは、図1及び図2に示すように、一方の給電点50と他方の給電点50の間かつ2つの給電点50,50近傍に形成されたスリット部59にて開口するループ状の外枠素子部5と、外枠素子部5の内方位置に配設され外枠素子部5と非接触の無給電素子部(寄生素子部)6と、を有するアンテナ素子部1を備え、さらに、アンテナ素子部1が貼設される(二点鎖線で図示する)基板Kを備えている。また、上記外枠素子部5はスリット部59のみが開口するループ状である。
【0010】
外枠素子部5は、水平部52と垂直部53から成る直角L字ループ状かつ平面状に形成され、無給電素子部6の外周に沿って包囲状に配設されている。無給電素子部6は、水平部62と垂直部63から成る直角L字板状かつ平面状に形成されている。
【0011】
外枠素子部5の水平部52(以下、外枠水平部52と呼ぶ場合もある)と無給電素子部6の水平部62(以下、無給電水平部62と呼ぶ場合もある)とで、水平偏波を送受信可能な平面状の水平アンテナ素子部2を形成している。外枠水平部52の幅方向中心線S52と、無給電水平部62の幅方向中心線S62とは、同一直線状であり、水平アンテナ素子部2の幅方向W2の水平部中心線S2となっている。
【0012】
外枠素子部5の垂直部53(以下、外枠垂直部53と呼ぶ場合もある)と無給電素子部6の垂直部63(以下、無給電垂直部63と呼ぶ場合もある)とで、垂直偏波を送受信可能な平面状の垂直アンテナ素子部3を形成している。外枠垂直部53の幅方向中心線S53と、無給電垂直部63の幅方向中心線S63とは、同一直線状であり、垂直アンテナ素子部3の幅方向W3の垂直部中心線S3となっている。
【0013】
アンテナ素子部1は、水平アンテナ素子部2と垂直アンテナ素子部3とを同一平面状に連続して形成した直角L字状に形成されている。(また、基板Kに平行状に配設されている。)
水平部中心線S2と垂直部中心線S3との交点を中心点Pと呼ぶと、中心点Pを通過し、水平部中心線S2又は垂直部中心線S3の間で45度の角度を有する斜線Tに関して、線対称形状に形成されている。
また、外枠素子部5の4つの外端角部5d及び無給電素子部6の4つの外端角部6dは直角状に形成されている。
【0014】
図3に於て、外枠素子部5の内側の一点鎖線で示す仮想の直角状の角部55を、面取り状に形成(斜めに切断)して、内斜縁部56を形成している。
図4に於て、無給電素子部6の外側の一点鎖線で示す仮想の直角状の角部65を、面取り状に形成して、外斜縁部66を形成している。
内斜縁部56と外斜縁部66とは、インピーダンスの不連続を解消し、VSWR(電圧定在波比)特性を向上させる。
【0015】
図1に戻って、中心点Pから、外枠水平部52の外端辺部52aまでの外枠水平部(長手)寸法L52の長さ調節にて、所望の周波数帯域の水平偏波を送受信可能としている。
また、中心点Pから、外枠垂直部53の外端辺部53aまでの外枠垂直部(長手)寸法L53の長さ調節にて、所望の周波数帯域の垂直偏波を送受信域可能としている。
言い換えると、外枠素子部5の一方の給電点50から他方の給電点50までの周囲長(外枠素子部5の周囲長)の長さ調節(変更)にて、所望の周波数帯域(特に低周波帯域)の電波を送受信可能としている。
【0016】
中心点Pから、無給電水平部62の外端辺部62aまでの無給電水平部(長手)寸法L62の長さ調節にて、所望の周波数帯域の水平偏波を送受信可能としている。
また、中心点Pから、無給電垂直部63の外端辺部63aまでの無給電垂直部(長手)寸法L63の長さ調節にて、所望の周波数帯域の垂直偏波を送受信可能としている。
言い換えると、無給電素子部6の水平・垂直方向寸法の長さ調節にて所望の周波数帯域(特に、高周波帯域)の電波を送受信可能としている。
【0017】
また、アンテナ素子部1は、言い換えると、2つの給電点50,50の間に切れ目を有する円形ループアンテナを、水平方向に細長い長方形状に変形させて、長方形状ループアンテナを形成し、長方形ループ部の略中央部を中心として直角に折曲げて、直角L字ループ状の外枠素子部5を形成し、直角L字ループ部内に、直角L字板状の無給電素子部6を、中心線が同一直線状となるように配設したものとも言える。
【0018】
また、外枠水平部52の内方の一側辺部52bと、無給電水平部62の一側辺部62bと、の間は第1水平部間隙寸法Ebだけ離間している。
外枠水平部52の内方の他側辺部52cと、無給電水平部62の他側辺部62cと、の間は第2水平部間隙寸法Ecだけ離間している。
外枠垂直部53の内方の一側辺部53bと、無給電垂直部63の一側辺部63bと、の間は第1垂直部間隙寸法Eb´だけ離間している。
外枠垂直部53の内方の他側辺部53cと、無給電垂直部63の他側辺部63cと、の間は第2垂直部間隙寸法Ec´だけ離間している。
第1水平部間隙寸法Eb、第1垂直部間隙寸法Eb´、第2水平部間隙寸法Ec、第2垂直部間隙寸法Ec´、は同寸法とするのが望ましい。
【0019】
また、アンテナ素子部1は、二点鎖線で示す基板K上に貼着(接着)されている。基板Kに貼着(接着)されることで、外枠素子部5と無給電素子部6との相互の間隔寸法が保持されている。
基板Kの材質としては、樹脂シート(フィルム)、ガラス、電子基盤等、(非金属の)絶縁物であれば良く、視認性の面からは、透明乃至半透明が好ましい。
【0020】
また、アンテナ素子部1の材質としては、固有抵抗が小さい(導電率が高い)ものであって、例えば、金属製薄板(金属箔)、金属メッシュ材(網板)、金属膜、透明導電膜、金属半透明膜、導電塗料膜等である。
金属製薄板としては、Cu、Al、Ag、Au等であり、これら金属をエッチングによりメッシュ状に形成したものでもよい。
金属膜としては、Au、Ag、Cu、Al、Pd、Pt等、又は、これらを含む合金である。
透明導電膜としては、基板Kに、ITO、酸化亜鉛、酸化スズ等の金属酸化物を用いて、真空蒸着法、スパッタリング法、メッキ、電着等で基板K上に成膜されるものである。
金属半透明膜としては、Ag−Cu、Ag−Pd、Ni−Au等である。
金属塗料膜としては、金属ペーストやカーボンペーストを用いて、スクリーン印刷、ロールコーティング、転写等で基板K上に成膜されるものである。
【0021】
また、アンテナ素子部1は、樹脂シート等の基板Kに、一旦、成膜し、その成膜したアンテナ素子部1を、ガラスや電子基盤等の別の基板Kに貼設可能なものでも良い。
また、アンテナ素子部1の可視透過率を70%以上とするのが望ましい。このような透明性(視認性)が求められる場合の材質としては、金属メッシュ材、極めて薄い(例えば0.05μm程の)金属箔、透明導電膜、金属半透明膜等である。
【0022】
次に、図5に示す他の実施形態に於て、外枠水平部52の外端辺部52aから、無給電水平部62の外端辺部62aに接近する方向に突出する帯状水平突片57を設けている。また、外枠垂直部53の外端辺部53aから、無給電垂直部63の外端辺部63aに接近する方向に突出する帯状垂直突片58を設けている。帯状水平突片57の幅方向中心線S57は水平アンテナ素子部2の幅方向W2の水平部中心線S2と同一直線状である。また、帯状垂直突片58の幅方向中心線S58は垂直アンテナ素子部3の幅方向W3の垂直部中心線S3と同一直線状である。
【0023】
中心点Pから帯状水平突片57の端辺部57aまでの水平突片(長手)寸法L57(水平突出寸法Q57)を長さ調節すると、所望の低周波数帯域の水平偏波を送受信可能としている。
中心点Pから帯状垂直突片58の端辺部58aまでの垂直突片(長手)寸法L58(垂直突出寸法Q58)を長さ調節すると、所望の低周波数帯域の垂直偏波を送受信可能としている。
つまり、外枠素子部5は、送受信可能な周波数帯域を調整可能な帯状水平突片57及び帯状垂直突片58を有している。
【0024】
外枠水平部52の内方の一側辺部52bと、帯状水平突片57の一側辺部57bと、の間は第1水平突片間隙寸法Efだけ離間している。
外枠水平部52の内方の他側辺部52cと、帯状水平突片57の他側辺部57cと、の間は第2水平突片間隙寸法Egだけ離間している。
外枠垂直部53の内方の一側辺部53bと、帯状垂直突片58の一側辺部58bと、の間は第1垂直突片間隙寸法Ef´だけ離間している。
外枠垂直部53の内方の他側辺部53cと、帯状垂直突片58の他側辺部58cと、の間は第2垂直突片間隙寸法Eg´だけ離間している。
第1・2水平・垂直突片間隙寸法Ef、Eg、Ef´、Eg´は、第1・2水平・垂直部間隙寸法Eb,Ec,Eb´,Ec´と同寸法にするのが望ましい。
【0025】
次に、本発明の平面状アンテナの作用(使用方法)について説明する。
図5に示した本発明に係る平面状アンテナ(実施例)のVSWR特性の測定結果を図7に示す。
図7に示したように、地上波デジタルテレビ用周波数470MHz〜710MHzといった広い周波数帯域で、一般の受信用アンテナに要求されるVSWR値5.0以下を満たしていることが確認できた。特に、VSWR値3.0以下に着目すれば、VSWR値1.0に接近する方向に突出する低周波数側(寄りの)谷部Y1と高周波数側(寄りの)谷部Y2といった2つの谷部が確認できる。図示省略するが、一般的なダイポールアンテナでは谷部は1箇所しか確認できない。つまり、本発明に係る平面状アンテナが複数の周波数(複数の周波数帯域)を受信可能な広帯域アンテナであることが確認される。
【0026】
図1又は図5と図7に於て、外枠素子部5の一方の給電点50から他方の給電点50までの周囲長を長くすると、低周波数側谷部Y1がより低周波数側へ移動したようなグラフとなり、より低周波数側の電波を送受信可能となる。
なお、外枠水平部寸法L52を長くすると、より低周波数側の水平偏波を送受信可能となり、また、外枠垂直部寸法L53を長くすると、より低周波数側の垂直偏波を送受信可能となる。
【0027】
無給電素子部6の水平・垂直方向寸法を短くすると、高周波数側谷部Y2が高周波数側へ移動したようなグラフとなり、より高周波数側の電波を送受信可能となる。なお、無給電水平部寸法L62を短くすると、より高周波数側の水平偏波を送受信可能となり、また、無給電垂直部寸法L63を短くすると、より高周波数側の垂直偏波を送受信可能となる。
【0028】
さらに、水平突片寸法L57を長くすると(水平突出寸法Q57を短くすると)、低周波数側谷部Y1が高周波数側へ移動して、より高周波数側の水平偏波を送受信可能となる。
また、垂直突片寸法L58を長く(垂直突出寸法Q58を短く)すると、低周波数側谷部Y1が高周波数側へ移動して、より高周波数側の垂直偏波を送受信可能となる。
【0029】
次に、実施例を鉛直平面と平行状に設置した場合と、一般的な平面状のダイポールアンテナを水平設置した場合(比較例)と、一般的な平面状ダイポールアンテナを垂直設置した場合(他の比較例)と、の指向性及び利得を比較する。
【0030】
先ず、図11に示すように、比較例は、470MHzの水平偏波に対して利得はあるが、470MHzの垂直偏波に対しては、ほぼ利得がないことが分かる。
また、図12に示すように、他の比較例は、470MHzの水平偏波に対して利得がほぼなく、470MHzの垂直偏波に対してのみ利得があることが分かる。
また、比較例及び他の比較例では、他の周波数帯には対応できない。
【0031】
図5の実施例は、図8に示すように、470MHzの水平偏波において、典型的な8の字型の指向性を示し、470MHzの垂直偏波において、真円に近い無指向性を示しており、水平偏波及び垂直偏波の両方とも利得がある(送受信可能な)ことが分かる。つまり、両偏波に対応できるアンテナ特性を有していることが確認できる。
さらに、図5の実施例は、図9に示すように、590MHzの水平偏波及び垂直偏波に対して利得があり、図10に示すように、710MHz水平偏波及び垂直偏波に対しても利得があることが分かる。つまり、本発明によって、広帯域の周波数(複数の周波数帯域)の水平偏波及び垂直偏波の両偏波に対して利得のある(送受信可能な)アンテナが得られている。
【0032】
なお、図8、図9、図10の実測試験に用いた平面状アンテナは、銅製のアンテナ素子部1であり、厚み寸法は0.3〜0.8mmである。外枠水平・垂直部寸法L52,L53は107〜113mm、無給電水平・垂直部寸法L62,L63は58〜62mm、水平・垂直突出寸法Q57,Q58は20〜25mm、外枠水平・垂直部幅寸法W52,W53は18〜22mm、無給電水平・垂直部幅寸法W62,W63は10〜15mm、水平・垂直突片幅寸法W57,W58は10〜15mmである。第1・2水平・垂直部間隙寸法Eb,Eb´,Ec,Ec´及び第1・2水平・垂直突片間隙寸法Ef,Ef´,Eg,Eg´は、0.5〜1.5mmである。基板Kはガラスである。
【0033】
また、図6に示すように、アンテナ素子部1をL字状に形成しているため、自動車のフロントガラスの隅部の縦横に沿って(隅部に接近させて)貼設でき、運転者や同乗車の視界を妨げることがない。自動車や建築物の窓等のガラスに貼着する際は、粘着シートから成る基板Kを介してガラスに貼設する場合や、ガラスそのものを基板Kとするも良い。
【0034】
なお、本発明は、設計変更可能であって、内斜縁部56や外斜縁部66を形成せずとも良い。外端角部5d,6dを丸山状(R形状)や面取り形状とするも良い。また、基板Kは、大きさがアンテナ素子部1以上であれば良く、外枠素子部5の外周縁に一致する形状や、矩形状、円形形状等自由である。
【0035】
また、「貼着又は貼設」とは、基板Kの外面に接着剤、粘着剤、粘着テープ(シート)材等で取着した場合、アンテナ素子部1を2枚の基板Kの間に挟設・挟着させる場合、焼き付けての積層、転写、蒸着、塗装、成膜、電着、を包括している。
【0036】
以上のように、本発明の平面状アンテナは、広帯域周波数の水平偏波を送受信する平面状の水平アンテナ素子部2と、広帯域周波数の垂直偏波を送受信する平面状の垂直アンテナ素子部3と、を同一平面状に連続して形成した直角L字状のアンテナ素子部1を備えたので、1つのアンテナで、水平偏波と垂直偏波との両偏波を確実に適切な利得をもって、均一に送受信可能な性能の高いアンテナを得ることができる。広帯域の周波数の水平偏波と垂直偏波とを送受信可能な平面状の薄いアンテナを得ることができ、自動車や建築物のガラス、或いは壁や天井等から突出状とならず、周囲の美観を損ねずに使用できる。ガラスや壁等の隅部に寄せて設けることができ、視認性や美観を損ねずに設置できる。特に、自動車の地上波デジタルテレビ用のアンテナに好適であって、自動車に設けるアンテナの数や種類、設置空間を削減できると共に視認性を向上できる。
【0037】
また、直角L字状のアンテナ素子部1は、2つの給電点50,50を有すると共に給電点50,50近傍のスリット部59のみが開口するループ状であって、かつ、水平部52と垂直部53から成る直角L字状に形成された外枠素子部5と、外枠素子部5の内方位置に配設される水平部62と垂直部63から成る直角L字板状の無給電素子部6と、有し、外枠素子部5の水平部52と無給電素子部6の水平部62とで水平アンテナ素子部2を形成し、外枠素子部5の垂直部53と無給電素子部6の垂直部63とで垂直アンテナ素子部3を形成したので、所望の周波数(周波数域)を送受信可能な広帯域アンテナかつ両偏波を送受信可能なアンテナを容易に得ることができる。アンテナ素子部1の形状が簡素で製作及び施工(貼着作業)を容易に行うことができる。
【0038】
また、外枠素子部5は、水平部52の外端辺部52aから、無給電素子部6の水平部62の外端辺部62aに接近する方向に突出する帯状水平突片57を有し、かつ、垂直部53の外端辺部53aから、無給電素子部6の垂直部63の外端辺部63aに接近する方向に突出する帯状垂直突片58を有するので、使用者が望む周波数域に対応するアンテナを容易に得ることができる。使用者のニーズにあったアンテナを迅速かつ容易に製作できる。大量生産と、多品種少量生産と、の両方に適したアンテナを得ることができる。
【符号の説明】
【0039】
1 アンテナ素子部
2 水平アンテナ素子部
3 垂直アンテナ素子部
5 外枠素子部
6 無給電素子部
50 給電点
52 水平部
52a 外端辺部
53 垂直部
53a 外端辺部
57 帯状水平突片
58 帯状垂直突片
59 スリット部
62 水平部
62a 外端辺部
63 垂直部
63a 外端辺部

【特許請求の範囲】
【請求項1】
広帯域周波数の水平偏波を送受信する平面状の水平アンテナ素子部(2)と、広帯域周波数の垂直偏波を送受信する平面状の垂直アンテナ素子部(3)と、を同一平面状に連続して形成した直角L字状のアンテナ素子部(1)を備えたことを特徴とする平面状アンテナ。
【請求項2】
上記直角L字状のアンテナ素子部(1)は、2つの給電点(50)(50)を有すると共に該給電点(50)(50)近傍のスリット部(59)のみが開口するループ状であって、かつ、水平部(52)と垂直部(53)から成る直角L字状に形成された外枠素子部(5)と、該外枠素子部(5)の内方位置に配設される水平部(62)と垂直部(63)から成る直角L字板状の無給電素子部(6)と、有し、
上記外枠素子部(5)の上記水平部(52)と上記無給電素子部(6)の上記水平部(62)とで上記水平アンテナ素子部(2)を形成し、
上記外枠素子部(5)の上記垂直部(53)と上記無給電素子部(6)の上記垂直部(63)とで上記垂直アンテナ素子部(3)を形成した請求項1記載の平面状アンテナ。
【請求項3】
上記外枠素子部(5)は、上記水平部(52)の外端辺部(52a)から、上記無給電素子部(6)の上記水平部(62)の外端辺部(62a)に接近する方向に突出する帯状水平突片(57)を有し、かつ、上記垂直部(53)の外端辺部(53a)から、上記無給電素子部(6)の上記垂直部(63)の外端辺部(63a)に接近する方向に突出する帯状垂直突片(58)を有する請求項2記載の平面状アンテナ。

【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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【公開番号】特開2012−19310(P2012−19310A)
【公開日】平成24年1月26日(2012.1.26)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−154460(P2010−154460)
【出願日】平成22年7月7日(2010.7.7)
【公序良俗違反の表示】
(特許庁注:以下のものは登録商標)
1.VICS
【出願人】(000003263)三菱電線工業株式会社 (734)
【Fターム(参考)】