JP5876863B2

JP5876863B2 - 複合アンテナ装置

Info

Publication number: JP5876863B2
Application number: JP2013255825A
Authority: JP
Inventors: 将史泉井; 豊今村
Original assignee: Harada Industry Co Ltd
Current assignee: Harada Industry Co Ltd
Priority date: 2013-12-11
Filing date: 2013-12-11
Publication date: 2016-03-02
Anticipated expiration: 2033-12-11
Also published as: GB2522988A; JP2015115742A; GB2522988B

Description

本発明は複合アンテナ装置に関し、特に、複数の周波数帯の信号を受信可能な複合アンテナ装置に関する。

従来から、複数の周波数帯の信号を受信可能な複合アンテナは存在する。複合アンテナは、アンテナ素子を配置するスペースに特に問題がなければある程度自由に設計可能であるが、例えば車両に搭載可能な低背型のアンテナ場合、高さ制限やケース内の小さいスペースに収めなければいけない等、種々の制限があり、十分なアンテナ性能を得るのは難しかった。近年の車両には安全性や快適性を求め様々な情報機器の搭載が進められている。それに伴い、種々の周波数帯の信号を用いる必要があり、各周波数帯に適したアンテナ素子を設ける必要があるが、低背型のアンテナのケース内のスペースが小さい場合、各アンテナ素子は互いにアンテナ素子同士が影響し合って、特にＡＭ周波数帯では良好なアンテナ特性を得られないという問題点があった。

このような問題を解決するために、特許文献１に開示の技術では、ＡＭ／ＦＭアンテナの第１アンテナ素子の性能が単体時に比べて低下してしまうのを軽減するため、第１アンテナ素子先端にトップ容量部を設けてアンテナ容量を稼ぎ、性能低下を抑えている。また、コイル部を用いて第１アンテナ素子とＢａｎｄ−ＩＩＩ／Ｌ−Ｂａｎｄの第２アンテナ素子とを電気的に遮断すると共に、ＦＭ周波数帯ではトップ容量部と第１アンテナ素子とコイル部が共振アンテナとして、ＡＭ周波数帯では非共振アンテナとして動作するように構成している。

特開２０１２−１９９８６５号公報

しかしながら、上述の特許文献１の技術では、各アンテナ素子のアイソレーションを取るために第１アンテナ素子と第２アンテナ素子のクリアランスを１０ｍｍ以上開ける必要があった。また、アイソレーションの関係でＢａｎｄ−ＩＩＩアンテナ特性とＦＭアンテナ特性がトレードオフの関係となっていた。したがって、両方の性能向上が望まれていた。また、近年さらにアンテナの小型化が求められているため、設置スペースのさらなる縮小化が求められていた。この際、さらにアイソレーションが取り難くなり、性能低下が問題となり得ていた。また、トップ容量部をさらに大型化することも考えられるが、大きくするとトップ容量部とＢａｎｄ−ＩＩＩアンテナとのアイソレーションが問題となり、Ｂａｎｄ−ＩＩＩのアンテナ性能が低下する問題もあった。

本発明は、斯かる実情に鑑み、アンテナ素子を複数の周波数帯で共用することで小型化が可能であり、素子数も減らせるのでコストダウンが可能であり、アンテナ設計も容易な複合アンテナ装置を提供しようとするものである。

上述した本発明の目的を達成するために、本発明による複合アンテナ装置は、共通給電部に接続され、第１周波数帯用のエレメントの一部として機能する第１同調コイル部と、共通給電部に接続され、第１周波数帯よりも高い第２周波数帯用のエレメントの一部として機能する第２同調コイル部と、第１同調コイル部と第２同調コイル部が共通給電部に接続される側と反対側の端部に接続され、第１周波数帯及び第２周波数帯用のエレメントの一部として機能すると共に、第１周波数帯よりも低い第３周波数帯用のエレメントとしても機能する共通トップ容量部と、を具備するものである。

ここで、第１同調コイル部は、第１周波数帯以外の周波数帯を減衰させるフィルタとしても機能すれば良い。

また、第２同調コイル部は、第２周波数帯以外の周波数帯を減衰させるフィルタとしても機能すれば良い。

さらに、共通給電部とは異なる給電部に接続され、第２周波数帯よりも高い第４周波数帯用のエレメントを具備しても良い。

また、第１同調コイル部又は第２同調コイル部の一部は、第２周波数帯よりも高い第４周波数帯用のエレメントとしても機能するものであっても良い。

また、第１同調コイル部及び／又は第２同調コイル部は、コイルとコンデンサの直列接続回路又は並列接続回路からなっても良い。

また、第１同調コイル部及び／又は第２同調コイル部の軸方向が、シャークフィン形状のカバーの稜線に沿って配置されても良い。

また、第１同調コイル部と第２同調コイル部が、所定のコイルを介して共通トップ容量部に接続されても良い。

本発明の複合アンテナ装置には、アンテナ素子を複数の周波数帯で共用することで小型化が可能であり、素子数も減らせるのでコストダウンが可能であり、アンテナ設計も容易であるという利点がある。

図１は、本発明の複合アンテナ装置の構成を説明するための等価回路図である。図２は、本発明の複合アンテナ装置の具体的な配置構成を説明するための一部断面概略図である。図３は、本発明の複合アンテナ装置の他の具体的な配置構成を説明するための概略側面図である。図４は、本発明の複合アンテナ装置の他の例を説明するための等価回路図である。図５は、本発明の複合アンテナ装置のさらに他の例を説明するための等価回路図である。

以下、本発明を実施するための形態を図示例と共に説明する。図１は、本発明の複合アンテナ装置の構成を説明するための等価回路図である。図示の通り、本発明の複合アンテナ装置は、第１同調コイル部１０と、第２同調コイル部２０と、共通トップ容量部３０とから主に構成されている。

第１同調コイル部１０は、第１周波数帯、例えばＦＭ周波数帯用のエレメントの一部として機能するものである。ＦＭ周波数帯は、例えば７６ＭＨｚ〜９０ＭＨｚ帯、又は８８ＭＨｚ〜１０８ＭＨｚ帯である。第１同調コイル部１０は、共通給電部１に接続される。第１同調コイル部１０は、例えば物理的にヘリカル状に巻回された線材からなるものである。ここで、第１同調コイル部１０のコイルの線材は太く、コイル径は大きいほうが好ましい。また、基板上にエッチング等で螺旋状になるようにパターンニング形成されたコイルパターンであっても良い。さらに、コイルは、メアンダ型やフラクタル型、スパイラル型等の分布定数素子、また、チップコイル等の集中定数素子等、アンテナの共振周波数を調整可能なインダクタであれば良い。共通給電部１は、第１周波数帯や後述の第２周波数帯、第３周波数帯の各エレメントに対する共通の給電部である。共通給電部１の後段では、複数の異なる周波数帯の信号が重畳された単一の線路からそれぞれの周波数帯に分けて各チューナに入力するための分波器が用いられる。

第２同調コイル部２０は、第１周波数帯よりも高い第２周波数帯、例えばデジタルオーディオ放送（ＤＡＢ（ＤｉｇｉｔａｌＡｕｄｉｏＢｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ））のＢａｎｄ−ＩＩＩ用のエレメントの一部として機能するものである。Ｂａｎｄ−ＩＩＩの周波数帯は、例えば１７４ＭＨｚ〜２４０ＭＨｚ帯である。第２同調コイル部２０も、例えば物理的にヘリカル状に巻回された線材からなるものである。ここで、第２同調コイル部２０のコイルの線材は太く、コイル径は大きいほうが好ましい。また、基板上にエッチング等で螺旋状になるようにパターンニング形成されたコイルパターンであっても良い。さらに、コイルは、メアンダ型やフラクタル型、スパイラル型等の分布定数素子、また、チップコイル等の集中定数素子等、アンテナの共振周波数を調整可能なインダクタであれば良い。第２同調コイル部２０も、共通給電部１に接続される。本発明の複合アンテナ装置では、このように共通給電部１に第１同調コイル部１０及び第２同調コイル部２０が接続されている。

なお、上述の例では、第２周波数帯として例えばＤＡＢ用の周波数帯を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されず、例えばデジタルテレビジョン放送（ＤＴＶ）用の周波数帯、即ち、４７０ＭＨｚ〜７１０ＭＨｚ帯等であっても良い。このように、本発明の複合アンテナ装置は、ＤＡＢ複合アンテナ装置だけでなく、ＤＴＶ複合アンテナ装置等にも適用可能である。

共通トップ容量部３０は、第１周波数帯及び第２周波数帯用のエレメントの一部として機能すると共に、第１周波数帯よりも低い第３周波数帯、例えばＡＭ周波数帯用のエレメントとしても機能するものである。ＡＭ周波数帯は、例えば５２６．５ｋＨｚ〜１６０６．５ｋＨｚ帯である。共通トップ容量部３０は、第１同調コイル部１０と第２同調コイル部２０が共通給電部１に接続される側と反対側の端部に接続されている。即ち、共通トップ容量部３０は、容量装荷アンテナとして機能するものである。共通トップ容量部３０により静電容量を持たせることで、第１周波数帯用のエレメントや第２周波数帯用のエレメントを短縮している。

即ち、本発明の複合アンテナ装置では、共通給電部１と共通トップ容量部３０の間で、第１同調コイル部１０と第２同調コイル部２０が並列に接続される構成となっている。

このような構成の複合アンテナ装置では、共通トップ容量部３０を３つの周波数帯のアンテナとして共用している。即ち、第１同調コイル部１０と共通トップ容量部３０とで、共振アンテナとしてＦＭ周波数帯を受信するように構成されている。また、第２同調コイル部２０と共通トップ容量部３０とで、共振アンテナとしてＢａｎｄ−ＩＩＩの周波数帯を受信するように構成されている。そして、共通トップ容量部３０が、容量アンテナとしてＡＭ周波数帯を受信するように構成されている。

また、第１同調コイル部１０は、第１周波数帯以外の周波数帯を減衰させるフィルタとしても機能するように構成されている。即ち、第１同調コイル部１０は、ＦＭ周波数帯のみを通すように構成されている。そして、第２同調コイル部２０は、第２周波数帯以外の周波数帯を減衰させるフィルタとしても機能するように構成されている。即ち、第２同調コイル部２０は、Ｂａｎｄ−ＩＩＩの周波数帯のみを通すように構成されている。このように、第１同調コイル部１０や第２同調コイル部２０は、所謂トラップコイルとして機能すれば良い。

そして、第１同調コイル部１０のＦＭ周波数帯の受信性能をより上げるために、第２同調コイル部２０側に信号がさらに流れないように、第２同調コイル部２０をバンドパスフィルタとしても良い。そこで、第２同調コイル部２０を、例えばコイルとコンデンサの直列接続回路からなるバンドパスフィルタとして構成しても良い。そして、直列接続回路の共振周波数をＢａｎｄ−ＩＩＩの周波数帯に合わせる。これにより、この直列接続回路の共振周波数付近の信号のみが第２同調コイル部２０側に流れるようになり、ＦＭ周波数帯の信号は第１同調コイル部１０側に効率良く流れるようになる。なお、コンデンサについては、チップコンデンサ等の集中定数素子の他、基板上にエッチング等で平行平板状になるようにパターンニング形成されたコンデンサパターンや、スタブ型、インターデジタル型等に形成された分布定数素子であっても良い。

また、同様に、第２同調コイル部２０のＢａｎｄ−ＩＩＩの受信性能をより上げるために、第１同調コイル部１０側に信号がさらに流れないように、第１同調コイル部１０をバンドパスフィルタとしても良い。そこで、上述と同様に、第１同調コイル部１０を、例えばコイルとコンデンサの直列接続回路からなるバンドパスフィルタとして構成しても良い。そして、直列接続回路の共振周波数をＦＭ周波数帯に合わせる。これにより、この直列接続回路の共振周波数付近の信号のみが第１同調コイル部１０側に流れるようになり、Ｂａｎｄ−ＩＩＩの信号は第２同調コイル部２０側に効率良く流れるようになる。

さらに、第１同調コイル部１０や第２同調コイル部２０は、コイルとコンデンサの直列接続回路でなく、コイルとコンデンサの並列接続回路で構成されても良い。

ここで、本発明の複合アンテナ装置では、アンテナ全体が垂直成分、第１同調コイル部１０が傾斜成分、共通トップ容量部３０が水平成分に対応するため、種々の送信偏波に対応可能である。

図２は、本発明の複合アンテナ装置の具体的な配置構成を説明するための一部断面概略図であり、図２（ａ）が側面図であり図２（ｂ）が背面図である。図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表している。図示例は、所謂シャークフィンアンテナに本発明の複合アンテナを適用した場合の配置例である。図示の通り、共通トップ容量部３０は、例えば傘状の金属片からなれば良い。具体的には、共通トップ容量部３０は、頂部３１と、頂部３１の両側から斜面とされた側部３２が形成された、断面形状が山形に形成されたものである。第１同調コイル部１０と第２同調コイル部２０は、頂部３１の先端近傍に電気的に接続されている。図示例では、第１同調コイル部１０及び第２同調コイル部２０の軸方向は、ベース部５０に対して垂直方向を向いている。そして、第１同調コイル部１０及び第２同調コイル部２０は、ベース部５０側に近すぎると無効容量が増加し得るため、ベース部５０からは離しつつ、共通トップ容量部３０の内側内部に入り込まないように配置されれば良い。例えば、第１同調コイル部１０及び第２同調コイル部２０は、ベース部５０の上に固定部５２を用いて固定されれば良い。また、給電部１の後段には、アンプ回路や分波器等が載置されたアンプ基板５３が配置される。そして、これらはシャークフィン形状のカバー５１により覆われている。

また、図３は、本発明の複合アンテナ装置の他の具体的な配置構成を説明するための概略側面図である。図中、図２と同一の符号を付した部分は同一物を表している。図示例は、所謂シャークフィンアンテナに本発明の複合アンテナを適用した場合の他の配置例である。図示の通り、この例では、第１同調コイル部１０及び第２同調コイル部２０の軸方向が、シャークフィン形状のカバーの稜線に沿って配置されている。そして、シャークフィンアンテナの後方頂部付近に共通トップ容量部３０が配置されている。このように配置することで、よりアンテナ特性を向上させることが可能となる。なお、第１同調コイル部１０及び第２同調コイル部２０のどちらか一方の軸方向が、シャークフィン形状のカバーの稜線に沿って配置されるように構成されても良い。

さらに、図４に示されるように、他のエレメントを配置しても良い。図４は、本発明の複合アンテナ装置の他の例を説明するための等価回路図である。図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表している。図１に示される例では、３つの周波数帯域の信号を受信可な例を示したが、図３に示される例では、さらに、第２周波数帯よりも高い第４周波数帯、例えばＤＡＢのＬ−Ｂａｎｄの周波数帯の信号も受信可能に構成したものである。Ｌ−Ｂａｎｄの周波数帯は、例えば１．４ＧＨｚ帯である。これは、例えば、第１同調コイル部１０の一部が、第４周波数帯用のエレメント４０として機能するように構成されている。即ち、第１同調コイル部１０の第１コイル１１と、そこに共通給電部１から接続される配線の線路長を伸ばし、この部分を第４周波数帯用のエレメント４０として用いている。第４周波数帯であるＬ−Ｂａｎｄは、周波数が高く、エレメント長が短く済むため、第１同調コイル部１０の一部を第４周波数帯用のエレメント４０として用いることが可能となる。また、第２同調コイル部２０の一部が、第４周波数帯用のエレメント４０として機能するように構成されても良い。このように、例えばＬ−Ｂａｎｄの周波数帯のように高い周波数帯の場合には、このような構成であってもアンテナ特性としては十分な性能が得られる。

上述の図示例では、第１同調コイル部の一部や第２同調コイル部の一部を、第４周波数帯用のエレメントとして用いている。即ち、第４周波数帯用のエレメントも、共通給電部に接続されている。しかしながら、本発明はこれに限定されず、第４周波数帯用のエレメントは、共通給電部とは異なる給電部に接続されても良い。即ち、例えば図２に示されるように、Ｌ−Ｂａｎｄ用のエレメント４０を第２給電部２に接続し、空きスペース、例えばシャークフィン形状の先端側の空きスペース等に配置しても良い。第４周波数帯用のエレメントは、共通トップ容量部と接触しなければ、どこに配置しても良い。

上述の図示例では、第１同調コイル部１０を用いて第１周波数帯以外の周波数帯を減衰させるフィルタとして機能させ、第２同調コイル部２０を用いて第２周波数帯以外の周波数帯を減衰させるフィルタとして機能させていた。しかしながら、本発明はこれに限定されず、所定のコイルをさらに用いて設計により自由度を持たせることが可能である。図５は、本発明の複合アンテナ装置のさらに他の例を説明するための等価回路図である。図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表している。図示例では、第１同調コイル部１０と第２同調コイル部２０が、第３コイル６０を介して共通トップ容量部３０に接続されている。即ち、共通トップ容量部３０の直下に第３コイル６０を接続し、第３コイル６０を介して第１同調コイル部１０と第２同調コイル部２０が並列接続されている。なお、一例として、第２同調コイル部２０側は、コンデンサ６１を用いて第２コイル２１とコンデンサ６１の直列接続回路からなる例を示した。

このように構成すると、共振周波数の調整とフィルタリングする周波数帯域の調整とを同時に満たすように、第１同調コイル部１０及び第２同調コイル部２０を設計し易くなる。即ち、図示例では、第１周波数帯に対しては、フィルタについては第１同調コイル部１０を所定のインダクタンスとなるように設計しつつ、共振周波数の調整については、第１コイル１１と第３コイル６０とを合わせて所定のインダクタンスとなるように設計すれば良い。また、第２周波数帯に対しては、フィルタについてはコンデンサ６１のキャパシタと第２コイル２１を所定のインダクタンスとなるように設計しつつ、共振周波数の調整については、第２コイル２１と第３コイル６０とを合わせて所定のインダクタンスとなるように設計すれば良い。

本発明では、ＦＭ周波数帯とＢａｎｄ−ＩＩＩの周波数帯のように、周波数帯が近い場合に特に有効である。従来のアンテナ装置では、アイソレーションの問題で周波数帯が近い場合には、一方の性能を上げると他方の性能が下がるといったように、トレードオフの関係にあった。さらに、小型化が求められることでアイソレーションが取り難くなり、それぞれの性能が低下していた。しかしながら、本発明の複合アンテナ装置では、アイソレーションの問題がないため、アイソレーションを無視してアンテナ設計が可能となる。また、アイソレーションを無視できるため、アンテナ素子を密に配置できるので小型化も可能となる。また、アンテナ素子のための同調コイルとトラップコイルとを共用しているため、この分、部品点数を削減できるのでコストダウンも可能である。さらに、給電部を共通給電部とし１点で給電しているため、別々に給電する場合と比べて、一方の同調コイル部に流れるべき信号が他方の同調コイル部に流れてしまうといったロスが生じないので、この部分でのアンテナ特性の低下はない。

また、上述のアンテナ以外に、別途ＧＰＳアンテナやＴＥＬアンテナ等を配置しても良い。本発明の複合アンテナ装置は小型化が可能なため、ケース内のスペースが増えるので、これらの他のアンテナを効率良く配置可能となる。

なお、本発明の複合アンテナ装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１共通給電部
２第２給電部
１０第１同調コイル部
１１第１コイル
２０第２同調コイル部
２１第２コイル
３０共通トップ容量部
３１頂部
３２側部
４０第４周波数帯用のエレメント
５０ベース部
５１カバー
５２固定部
５３アンプ基板
６０第３コイル
６１コンデンサ

Claims

複数の周波数帯の信号を受信可能な複合アンテナ装置であって、該複合アンテナ装置は、
一方の端部が共通給電部に接続される第１同調コイル部であって、第１周波数帯用のエレメントの一部として機能する第１同調コイル部と、
一方の端部が共通給電部に接続される第２同調コイル部であって、第１周波数帯よりも高い第２周波数帯用のエレメントの一部として機能する第２同調コイル部と、
前記第１同調コイル部と第２同調コイル部が共通給電部に接続される一方の端部側と反対側の他方の端部に接続され、第１周波数帯及び第２周波数帯用のエレメントの一部として機能すると共に、第１周波数帯よりも低い第３周波数帯用のエレメントとしても機能する共通トップ容量部と、
を具備することを特徴とする複合アンテナ装置。
請求項１に記載の複合アンテナ装置において、前記第１同調コイル部は、第１周波数帯以外の周波数帯を減衰させるフィルタとしても機能することを特徴とする複合アンテナ装置。
請求項１に記載の複合アンテナ装置において、前記第２同調コイル部は、第２周波数帯以外の周波数帯を減衰させるフィルタとしても機能することを特徴とする複合アンテナ装置。
請求項１乃至請求項３の何れかに記載の複合アンテナ装置であって、さらに、共通給電部とは異なる給電部に接続され、第２周波数帯よりも高い第４周波数帯用のエレメントを具備することを特徴とする複合アンテナ装置。
請求項１乃至請求項３の何れかに記載の複合アンテナ装置において、第１同調コイル部又は第２同調コイル部の一部は、第２周波数帯よりも高い第４周波数帯用のエレメントとしても機能することを特徴とする複合アンテナ装置。
請求項１乃至請求項５の何れかに記載の複合アンテナ装置において、前記第１同調コイル部及び／又は第２同調コイル部は、コイルとコンデンサの直列接続回路又は並列接続回路からなることを特徴とする複合アンテナ装置。
請求項１乃至請求項６の何れかに記載の複合アンテナ装置において、前記第１同調コイル部及び／又は第２同調コイル部の軸方向が、シャークフィン形状のカバーの稜線に沿って配置されることを特徴とする複合アンテナ装置。
請求項１乃至請求項７の何れかに記載の複合アンテナ装置において、前記第１同調コイル部と第２同調コイル部が、所定のコイルを介して共通トップ容量部に接続されることを特徴とする複合アンテナ装置。