JP7238038B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の周波数帯の信号を受信する車載アンテナ装置に関する。

ＡＭ波帯（５２２ｋＨｚ～１７１０ｋＨｚ）及びＦＭ波帯（７６ＭＨｚ～９５ＭＨｚ或いは８７．５ＭＨｚ～１０８ＭＨｚ）のアンテナとＤＴＴＢ（Digital Terrestrial Television Broadcasting，地上デジタルテレビ放送）ＤＴＴＢ波帯（４７０ＭＨｚ?７１０ＭＨｚ）のアンテナとを一つのケースに収納した車載アンテナ装置として、特許文献１に開示されたアンテナ装置が知られている。このアンテナ装置は、樹脂製のアンテナケースと、このアンテナケースが被嵌されるアンテナベースとを有している。アンテナベースにはアンテナ基板が垂直に設置されている。アンテナ基板には２つのアンテナ（エレメント）が設けられている。すなわち、後部上方にＡＭ放送とＦＭ放送を受信可能な矩形パターン及び屋根型トップを有する第１アンテナが設けられ、先部上方に細長い帯状のＤＴＴＢ放送受信用の第２アンテナが設けられている。

特開２０１２－１９９８６５号公報

特許文献１では、アンテナ基板上の２つのアンテナの間隔が小さくなると浮遊容量の増加率が大きくなることから、一定間隔以上にする必要性が説明されている。そのため、各アンテナが設けられるアンテナ基板の前後方向の長さを短くすることができない。特許文献１には、前後方向の長さは約１５０ｍｍとされている。つまり、特許文献１に開示されたアンテナ装置では、その小型化には限界がある。

本発明は、複数の周波数帯の信号を受信可能なアンテナ装置において、全体のサイズを小型化できるアンテナ装置を提供することを主たる課題とする。

本発明を適用したアンテナ装置は、例えば、内部に収納空間が形成された電波透過性のアンテナケースと、前記収容空間に収容された第１アンテナ部及び第２アンテナ部と、を備える。
ある態様では、前記第１アンテナ部は、前記収納空間の前後方向に延びる金属製の容量装荷素子を含み、前記第２アンテナ部は、その後端が前記容量装荷素子の前端部よりも後方に位置し、その前端が前記容量装荷素子の前記前端部よりも前方に位置する。
また、ある態様では、前記第１アンテナ部は、前記収納空間の前後方向に延びる金属製の容量装荷素子を含み、前記第２アンテナ部は、その後端が前記容量装荷素子の後端部よりも後方に位置し、その前端が前記容量装荷素子の前記後端部よりも前方に位置する。

本発明の上記態様によれば、複数の周波数帯の信号を受信可能であり、全体のサイズを小型化できるアンテナ装置を提供することができる。

（ａ）は第１実施形態に係るアンテナ装置の上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は背面図。 第１実施形態のアンテナ装置に係る部品配置例を示す分解斜視図。 （ａ）～（ｃ）はトラップ回路の構成例を示す図。 （ａ）はアンテナケースを取り外した状態の第１実施形態のアンテナ装置の側面図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は外観斜視図。 容量装荷素子とＤＴＴＢ素子の重なり合いの程度（比率）に応じたＤＴＴＢ波帯の垂直偏波水平面内利得の最大最小の差（レンジ）に関するシミュレーションの結果例を示す図。 比率毎のＤＴＴＢ波帯指向性に関するシミュレーションの結果例を示す図。 トラップ回路を設けた場合と設けない場合の相違を示すシミュレーションの結果例を示す図。 比率毎のＦＭ波帯平均利得の変化例を示すシミュレーションの結果例を示す図。 （ａ）～（ｃ）はシミュレーションした容量装荷素子の構造例を示す図。 容量装荷素子の構造差に応じたシミュレーションの結果例を示す図。 容量装荷素子の構造差に応じたシミュレーションの結果例を示す図。 トラップ回路の構成差に応じたシミュレーションの結果例を示す図。 （ａ）～（ｄ）はトラップ回路の他の構成例を示す図。 （ａ），（ｂ）はＤＴＴＢ素子の配置例を示す模式図。 ＤＴＴＢ素子の配置差に応じたシミュレーションの結果例を示す図。 ＤＴＴＢ素子の給電部の別の位置を示す模式図。 ＤＴＴＢ素子の給電部の位置の差に応じたシミュレーションの結果例を示す図。 ＤＴＴＢ素子の形状差に応じたシミュレーションの結果例を示す図。

以下、本発明を、車両ルーフに取り付けられるアンテナ装置に適用した場合の実施の形態例を説明する。このアンテナ装置は、それぞれ異なる周波数帯の信号受信に用いられる複数のアンテナを備えるものである。

［第１実施形態］
図１（ａ）は、第１実施形態に係るアンテナ装置の上面図、同（ｂ）は側面図、同（ｃ）は背面図である。本実施形態に係るアンテナ装置１は、電波透過性のアンテナケース１０と、アンテナケース１０の開口部を閉塞する樹脂性のアンテナベース２０とを有する。アンテナケース１０は、先端に行くほど細くかつ低くなると共に、側面も内側に湾曲した曲面とされた流線型に成形されている。これは、車両が走行しているときの空気抵抗を極力防ぐためである。アンテナベース２０のほぼ中央部には、アンテナ装置１を車両ルーフへ取り付けるためのキャプチャ部３０が設けられている。アンテナケース１０とアンテナベース２０の内部には、アンテナ部品を収納するための収納空間が形成される。

収納空間に収納されるアンテナ部品の配置例を図２に示す。アンテナ部品の一つは、その外壁がアンテナケース１０の内壁の形状に応じて収納空間の前部から後部の方向に延びる立体形状の第１ホルダ１１である。第１ホルダ１１は、電波透過性の合成樹脂製であり、その下面部を除く部分は、複数のフランジ１１１が形成されている。これらのフランジ１１１は、第１ホルダ１１の成形に用いる合成樹脂の量を少なくするとともに、後述する容量装荷素子１２のエレメント１２１の位置決め並びに係止に使用される。第１ホルダ１１の上部及び側部には、電気的に分離された容量装荷素子１２とＤＴＴＢ素子１３とが設けられる。

容量装荷素子１２は、アンテナの一つであるヘリカル素子１５に静電容量を装荷する金属製の素子であり、ヘリカル素子１５と共にＡＭ波帯及びＦＭ波帯の信号受信に用いられる。容量装荷素子１２は、車両ルーフの取付面とほぼ直交する仮想面を介して所定間隔及び所定角度で対向する２つのエレメント１２１を含む。各エレメント１２１は、それぞれの電気的な長さが不連続となる縁１２２を有する。容量装荷素子１２の縁１２２は、図示しない車両ルーフの取付面との距離が大きい部位に配置され、アンテナケース１０の高さ方向の内壁に応じた形状に成形される。本実施形態では、アンテナケース１０の高さが最も低い前方からアンテナケース１０の高さが最も高くなる後方にかけて、縁１２２が徐々に高くなるようにしている。

仮想面は、実際には存在しない仮想的な面であり、対向する縁１２２間のほぼ中心に位置する面である。つまり、容量装荷素子１２には、車両ルーフの取付面と平行となる頂部が無い。車両ルーフの取付面は金属なので、頂部が無いということは、取付面と容量装荷素子１２との間で生じる浮遊容量が、頂部が存在する場合に比べて小さくなることを意味する。容量装荷素子１２は、また、縁１２２よりも低い部位で金属製の連結部１２３により導通する。また、この連結部１２３においてヘリカル素子１５の上端とも導通する。

本実施形態では、容量装荷素子１２の例として、第１ホルダ１１における所定部位のフランジ１１１の側部間の間隙に嵌合する幅のエレメント１２１を有するミアンダ状のものを用いている。つまり、容量装荷素子１２は、アンテナケース１０の内部に形成される収納空間の前部から後部の方向に配設されるものとなる。ミアンダ状の各エレメント１２１の幅、長さ、ピッチ等のパラメータを変えるとＡＭ波帯及びＦＭ波帯におけるヘリカル素子１５を接続した状態のアンテナ特性が変わる。このパラメータは、所望のアンテナ特性に応じて任意に設定することができる。容量装荷素子１２の頂部に相当する部分のフランジ１１１の中央部（仮想面上）には，ＤＴＴＢ素子１３を挟み込んで収納するための溝１１２が形成されている。

ＤＴＴＢ素子１３は、ＤＴＴＢ波帯の信号受信に用いられる棒状導体である。ＤＴＴＢ素子１３は両端を有し、その一端は、容量装荷素子１２の最前端から僅かに前方の位置まで延在している。ＤＴＴＢ素子１３の他端は、第１ホルダ１１の溝１１２に挟み込まれた状態で、容量装荷素子１２の後端方向に延びている。つまり、アンテナ装置１の側面方向からみた場合、ＤＴＴＢ素子１３は容量装荷素子１２と重なり合っている。ＤＴＴＢ素子１３の一端を容量装荷素子１２よりも前方位置まで延在させたのは、利得を高めるために長さをより長く確保し、かつ、接地電位の面からの距離をできるだけ大きくするためである。また、容量装荷素子１２とＤＴＴＢ素子１３とが重なり合うようにしたのは、アンテナ装置１の前後方向の長さを短くし、かつ、ＤＴＴＢ波帯における垂直偏波水平面内利得のレンジ、すなわち最大値と最小値の差を小さくするためである。

容量装荷素子１２において対向する縁１２２の間隔は、容量装荷素子１２の前端が最も広く、後端に至るにつれて狭くなるが、溝１１２は、容量装荷素子１２の前端から後端に至るまで、縁１２２間のほぼ中心の位置に配設される。そのため、ＤＴＴＢ素子１３と容量装荷素子１２の縁１２２との間に間隙ができ、ＤＴＴＢ素子１３と容量装荷素子１２とが電気的に分離された状態となる。また、ＤＴＴＢ素子１３のための専用スペースを別途設ける必要がないことから、アンテナ装置１を小型にすることができる。

第１ホルダ１１の前方には、ＤＴＴＢ素子１３の一端と導通するＤＴＴＢ接続金具１１３が設けられている。また、第１ホルダ１１の下面部には第２ホルダ１６が配設される。第２ホルダ１６は、長径がアンテナ装置１の前後方向となる楕円形状の合成樹脂製の中空筒状部を有し、その前方端部にはＡＭ／ＦＭ接続金具１６１が設けられている。ヘリカル素子１５は、第２ホルダ１６の中空筒状部の表面に巻回される。第２ホルダ１６は、中空筒状部を通じて第１ホルダ１１の下面部にネジ止め固定される。第２ホルダ１６の中空筒状部が楕円形状なので、真円形状とした場合に比べて、全体の高さを低くすることができ、その分、アンテナ装置１を低背化することができる。なお、本実施形態では、第２ホルダ１６を中空の筒状部とする場合の例を説明するが、筒状部の中に樹脂等が充填されていても良い。

ＤＴＴＢ素子１３は、ＤＴＴＢ接続金具１１３を介してプリント基板１７の端子１７１と導通する。また、ヘリカル素子１５の下端は、ＡＭ／ＦＭ接続金具１６１及びプリント基板１８の端子１８１と導通する。そのため、ＤＴＴＢ接続金具１１３はＤＴＴＢ素子１３の給電部となり、ＡＭ／ＦＭ接続金具１６１は、ヘリカル素子１５の給電部となる。なお、ＤＴＴＢ接続金具１１３、及び、ＡＭ／ＦＭ接続金具１６１には、それぞれ端子１７１、端子１８１を指向する複数の突起が一体に形成されている。そのため、各突起が設けられていない場合に比べてＤＴＴＢ素子１３及びヘリカル素子１５と端子１７１，１８１との電気的な接続をより確実に行うことができる。

プリント基板１７の端子１７１、プリント基板１８の端子１８１、及び、後述する電子回路の実装部位には、それぞれ半田レベラー処理が施される。半田レベラー処理は、それぞれ絶縁部材であるプリント基板１７、１８に形成された金属製の端子１７１，１８１、電子回路の配線部分などの金属面に、その表面の保護や実装時の濡れ性を高めることを目的として半田コートを行う処理である。これにより、絶縁部分を除く金属面の部分だけが半田でコーティングされる。半田レベラー処理を施すことにより、例えば耐熱プリフラックス処理などを施した場合よりも錆びにくく、金フラッシュ処理を施したものに比べてコストを削減することができる。

プリント基板１７，１８には、それぞれ電子回路が実装される。例えばプリント基板１７には、電子回路の一つとして、端子１７１と接続されるトラップ回路、トラップ回路の後段のＤＴＴＢ波帯のマッチング回路、マッチング回路を経たＤＴＴＢ波帯の信号を増幅する増幅回路、及び、増幅された信号を車両側に出力するための出力回路（図示省略）が設けられている。なお、マッチング回路は、増幅回路の後段に設けられていても良い。

トラップ回路は、ＦＭ波帯を遮断（トラップ）する回路である。本実施形態では、例えばインダクタ（Ｌ）とコンデンサ（Ｃ）との組み合わせによりトラップ回路を構成した。図３（ａ）はＬＣ並列回路でトラップ回路を構成した場合の原理図である。このようなトラップ回路では、共振周波数をＦＭ波帯に合わせることで、ＦＭ波帯でのインピーダンスを最大にする。ＤＴＴＢ波帯ではインピーダンスが低いことからトラップ回路を通過する。すなわち、この場合のトラップ回路は、バンドエリミネーションフィルタ（帯域阻止濾波器：ＢＥＦ）として作用する。

図３（ｂ）は、ＬＣ直列回路でトラップ回路を構成した場合の原理図である。このようなトラップ回路では、共振周波数をＤＴＴＢ波帯に近づけることにより、ＦＭ波帯ではインピーダンスが高くなることから、信号の通過が阻止される。

図３（ｃ）は、ＬＣ直並列回路でトラップ回路を構成した場合の原理図である。この場合のＬＣの電気定数は、ＦＭ波帯のインピーダンスを最大にするか、ＤＴＴＢ波帯のインピーダンスを最小にするかのいずれかに決定する。なお、図３（ａ）～（ｃ）において、コイル（Ｌ）とコンデンサ（Ｃ）の少なくとも一方を可変にしても良い。このようなトラップ回路を設けることにより、容量装荷素子１２とＤＴＴＢ素子１３とを前後方向で重ね合わせた場合の干渉、ＦＭ波帯域内の平均利得の低下を防止することができる。これについては、後で詳しく説明する。

プリント基板１８には、端子１８１を通じて入力されたＦＭ波帯の信号を通過させるフィルタと、フィルタを通過したＦＭ波帯の信号を増幅する増幅回路と、増幅された信号を車両側に出力するための出力回路（図示省略）とが設けられている。さらに、端子１８１を通じて入力されたＡＭ波帯の信号を通過させるフィルタと、フィルタを通過したＡＭ波帯の信号を増幅する増幅回路と、増幅された信号を車両側に出力するための出力回路（図示省略）とが設けられている。ＦＭ波帯用出力回路とＡＭ波帯用出力回路は結合され、車両側に出力される。プリント基板１７，１８は、それぞれ金属プレート１９の所定部位に半田で固定される。また、金属プレート１９は、アンテナベース２０の上面の凹部に嵌合される。金属プレート１９は、所定強度を持つ強度部材であり、アンテナベース２０を挟んでキャプチャ部３０を強固に保持する部材である。金属プレート１９のほぼ中央部には、雌ねじ１９１が螺刻されている。

キャプチャ部３０は、その先端が雌ねじ１９１にカシメ締めされるボルト３１、車両ルーフに嵌合して車両ルーフと金属プレート１９とを電気的に接続するキャプチャーファスナー３２、断面Ｃ字状の筒状カラー３３、機密性を保持するためのシール材３４を含む。筒状カラー３３は、ボルト３１の雌ねじ１９１への螺合量を制限する。キャプチャーファスナー３２は、キャプチャ部３０を車両ルーフ側へ嵌めた際に、車両ルーフ側の凹部に嵌合する。これにより、車両から車両ルーフの取付面を介してボルト３１を挿入すると、車両ルーフと金属プレート１９とを電気的に接続するように接続され、固定される。また、ボルト３１を締めつけることでアンテナベース２０の裏面に粘着剤等で固定されたシール材３４が、弾性をもっていることから圧縮される。これにより、車両ルーフを通じて車内に入る塵を防いだり、防水を図ることができる。また、金属プレート１９の防錆、防水性を確保することができる。

上記のアンテナ部品が収納空間に収納されると、アンテナベース２０の周縁に軟質材から成る絶縁パッド２１がセットされ、その上にアンテナケース１０が被せられる。その後、アンテナベース２０、絶縁パッド２１とアンテナケース１０との位置決めが行われる。そして、アンテナベース２０の下方面から絶縁パッド２１及びアンテナケース１０の雌ねじに向けて複数のネジが挿入され、アンテナケース１０とアンテナベース２０とが固定される。このようにしてアンテナ装置１の組立が終了する。

アンテナケース１０が被せられる前のアンテナ装置１の配置構造例を図４に示す。図４（ａ）はこのようなアンテナ装置１の側面図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は外観斜視図である。これらの図から明らかな通り、容量装荷素子１２は、ミアンダ状のエレメント１２１の一部が第１ホルダ１１のフランジ１１１側部間の間隙にネジ止めすることなく係合している。ＤＴＴＢ素子１３は、フランジ１１１の中央部の溝１１２に挟み込まれ、かつ、容量装荷素子１２と前後方向において重なり合っているので、アンテナ装置１の高さと前後方向の長さは、ほぼ容量装荷素子１２の前後方向の長さと高さに依存するものとなる。第２ホルダ１６は、上記の仮想面よりもわずかに左方向にずれて固定される。これによりヘリカル素子１５も左方向にオフセットする。そのため、ＤＴＴＢ素子１３は、ヘリカル素子１５に生じる鎖交磁束の影響を受けにくくなる。オフセット量は任意であることから、アンテナケース１０内のレイアウトの自由度を高めることができる。

＜アンテナ特性シミュレーション＞
次に、アンテナ装置１のアンテナ部品の構造、特に容量装荷素子１２とＤＴＴＢ素子１３との形状、構造、組み合わせの形態を採用した理由をシミュレーション結果に基づいて詳しく説明する。図５は、ＤＴＴＢ素子１３の幅、長さ、傾きなどを共通にした場合の容量装荷素子１２とＤＴＴＢ素子１３とが前後方向に重なり合っている長さの比率（横軸）と、ＤＴＴＢ素子１３のＤＴＴＢ波帯における垂直偏波水平面内利得のレンジ（縦軸：ｄＢ）との関係を示したシミュレーション観測図である。なお、ＤＴＴＢ素子１３には、トラップ回路が接続されていない。

図５において、「比率１」は、ＤＴＴＢ素子１３が容量装荷素子１２と前後方向で完全に重なり合っている状態である。この場合は、ＤＴＴＢ素子１３が容量装荷素子１２の前端に位置し、かつ、ＤＴＴＢ素子１３の長さが容量装荷素子１２の縁１２２の長さとほぼ一致する。「比率０」は、ＤＴＴＢ素子１３が容量装荷素子１２と全く重なり合わない状態である。この場合は、ＤＴＴＢ素子１３が容量装荷素子１２から離れている。つまり、比率が高くなるほど容量装荷素子１２とＤＴＴＢ素子１３が前後方向において重なり合っている長さが長くなることを示す。図５に示される通り、比率が高くなるほどＤＴＴＢ素子１３のＤＴＴＢ波帯における垂直偏波水平面内利得のレンジが小さくなる。レンジの変化は比率０．６あたりで止まり、比率０．６７以上になるとレンジが変化しなくなる。つまり、ＤＴＴＢ素子１３が無指向性に近づく。

図６は、比率毎の水平方向の角度（横軸：°）とＤＴＴＢ素子１３のＤＴＴＢ波帯における垂直偏波水平面内の利得（縦軸：ｄＢ）との関係を示す。角度０度（＝３６０度）は前方、角度１８０度は後方を表す。ＤＴＴＢ素子１３には、トラップ回路が接続されていない。図６において、実線は比率１、長破線は比率０．６７、中破線は比率０．３、短破線は０である。図６では比率毎の最小値となる角度の利得を０ｄＢとしている。図６から明らかな通り、比率０では角度によって利得の変化の度合いが最も大きく、比率０．６以上になると変化の度合いが小さくなる。

次に、ＤＴＴＢ素子１３の給電部に図３（ａ）～（ｃ）に例示されるトラップ回路を接続したときと接続しないときのＦＭ波帯のアンテナ特性に与える影響について説明する。図７は、ＦＭ波帯域内の垂直偏波水平面内平均利得（縦軸：ｄＢｉ）と比率（横軸）との関係を示す。破線はトラップ回路無しの場合、実線はトラップ回路が接続された場合である。

図７に示される通り、トラップ回路をＤＴＴＢ素子１３に接続しない場合（トラップ回路無し）は比率が大きくなるほどＦＭ波帯域内の平均利得が小さくなる。この傾向は、比率０．６あたりまで続く。これに対して、トラップ回路をＤＴＴＢ素子１３に接続した場合（トラップ回路有り）、ＦＭ波帯域内の垂直偏波水平面内平均利得の低下はほとんどみられなかった。つまり、トラップ回路は、ＤＴＴＢ波帯においてＦＭ波帯を遮断するのみならず、ＦＭ波帯での平均利得の低下をも防いでいる。なお、比率０においてトラップ回路を接続した場合（トラップ回路有り）の平均利得が、トラップ回路を接続しない場合（トラップ回路無し）よりも低いのはトラップ回路の挿入損失によるものと考えられる。

本発明者は、図７の結果を受けて、トラップ回路をＤＴＴＢ素子１３に接続したときのＦＭ波帯を含む周波数（横軸：ＭＨｚ）とＦＭ波帯での平均利得（縦軸：ｄＢｉ）との関係を比率毎にシミュレーションした。その結果例を図８に示す。トラップ回路その他の電子回路の電気定数は、ＦＭ波帯に含まれる８６ＭＨｚ前後で最も高い利得を示すように決定されている。図中、実線は比率１、長破線は比率０．６７、短破線は比率０の場合である。図８に示されるように、ＤＴＴＢ素子１３にトラップ回路を接続することにより、容量装荷素子１２とＤＴＴＢ素子１３とが重なり合っていてもＦＭ波帯における平均利得にはほとんど影響を与えないことが裏付けられた。

以上のシミュレーションの結果、トラップ回路をＤＴＴＢ素子１３の給電部（一端）に接続し、ＤＴＴＢ素子の他端までの一部又は全部を容量装荷素子１２と重なり合うようにすることで、ＦＭ波帯及びＤＴＴＢ波帯での利得の低下を抑制しつつ、アンテナ装置１の前後方向の長さを短くすることができることが判明した。これにより、例えば特許文献１に開示されたアンテナ装置の構造では約１５０ｍｍを要するとされたアンテナ部品（アンテナ基板）の長さを、本実施形態によれば、約９０ｍｍ（ＤＴＴＢ素子１３の一端から容量装荷素子１２の後端）までに短くすることができた。

次に、ＤＴＴＢ素子１３とペアで使用される容量装荷素子１２の形状ないし構造のシミュレーション結果について説明する。図９（ａ）は頂部が存在し、側面が板状とされる傘状の容量装荷素子４２とＤＴＴＢ素子４３との組み合わせ例である。図９（ｂ）は頂部が存在せず、取付面から最も低い部分で互いに導通する一対の板状の容量装荷素子５２とＤＴＴＢ素子５３との組み合わせ例である。図９（ｃ）は頂部が存在せず、取付面から最も低い部分で互いに導通する一対のミアンダ状の容量装荷素子６２とＤＴＴＢ素子６３との組み合わせ例である。
なお、容量装荷素子とＤＴＴＢ素子との組を以後「アンテナ部」と称する場合がある。容量装荷素子４２，５２，６２は、それぞれ側面の外周は同じである。また、ＤＴＴＢ素子４３，５３，６３は、いずれもその一端が各容量装荷素子４２，５２，６２の先端から僅かに前方に突出し、他端は各容量装荷素子４２，５２，６２の後端まで延びている。

これらのアンテナ部を含むアンテナ部品の配置に関するデータをシミュレータに入力したときの周波数（横軸：ＭＨｚ）と各周波数での平均利得（縦軸：ｄＢｉ）との関係を図１０に示す。トラップ回路その他の電子回路の電気定数は、ＤＴＴＢ波帯に含まれる５７０ＭＨｚ前後で最も高い利得を示すように決定されている。また、５７０ＭＨｚにおけるＤＴＴＢ波帯の水平面内の利得（縦軸：ｄＢｉ）と角度（横軸：°）との関係を図１１（ａ）、平均利得のレンジ（縦軸：ｄＢ）と容量装荷素子の構造（横軸）との関係を図１１（ｂ）に示す。

図１０に示されるように、平均利得は、ＤＴＴＢ素子６３とミアンダ状の容量装荷素子６２との組み合わせ、ＤＴＴＢ素子５３と板状の容量装荷素子５２との組み合わせ、ＤＴＴＢ素子４３と傘状の容量装荷素子４２との組み合わせの順に高くなった。つまり、頂部が無いとＤＴＴＢ波帯の平均利得が高くなり、また、板状よりもミアンダ状にすることで、さらに平均利得が高くなることが判明した。これは、容量装荷素子による遮蔽の影響が小さくなり、ＤＴＴＢ素子がＤＴＴＢ波帯の信号を受信しやすくなることがその理由と考えられる。

また、図１１（ａ）に示されるように、頂部が無いとＤＴＴＢ波帯における水平面内利得が高く、かつ角度毎の変化が小さくなることが判明した。さらに、図１１（ｂ）に示されるように、傘状の容量装荷素子４２の水平面内利得のレンジは０．４８ｄＢ、板状の容量装荷素子５２の水平面内利得のレンジは０．４６ｄＢ、ミアンダ状の容量装荷素子６２の水平面内利得のレンジは０．２４ｄＢであった。このことから、頂部が無く、かつミアンダ状の容量装荷素子６２にすることにより、ＤＴＴＢ波帯における水平面内利得が高く、ほぼ無指向性を呈することが判明した。
以上のことから、本実施形態では図９（ｃ）に示されるミアンダ状の容量装荷素子６２とＤＴＴＢ素子６２との組み合わせ例を採用したものである。

このように、第１実施形態では、容量装荷素子１２とは電気的に分離されているＤＴＴＢ素子１３が収納空間の前後方向で容量装荷素子と重なり合うようにしたので、アンテナケース１０に、容量装荷素子１２及びヘリカル素子１５とＤＴＴＢ素子１３とを収納した際の干渉による利得の低下を抑制しつつ小型化を図ることができる。

特に、ＤＴＴＢ素子１３が、容量装荷素子１２の長さの０．６倍以上が重なり合うようにすることでＤＴＴＢ波帯で無指向性になるので、車両ルーフに取り付けた後の車両の方向を気にすること無くＤＴＴＢ波帯の放送を受信できるようになる。

また、容量装荷素子１２が、仮想面を中心として所定間隔及び所定角度で対向する２つのエレメント１１を有し、それぞれ上縁よりも低い部位で導通する構成なので、頂部が無く、浮遊容量を抑制できる。そのため、頂部が存在する構造のものよりＦＭ波帯での平均利得を高めることができる。また、容量装荷素子１２がミアンダ状に形成されているので、アンテナ特性の微調整が可能になるばかりでなく、フランジ１１１への位置決めや係合が容易になる。

また、ＤＴＴＢ素子１３を仮想面と平行の棒状導体で構成したので、格別の形状成型が不要となり、製造コストの上昇を抑制できる。また、ＤＴＴＢ素子１３の給電部にＦＭ波帯の信号を遮断するトラップ回路が接続されているので、容量装荷素子１２やヘリカル素子１５との電気的な分離をより完全なものとすることができ、近接するアンテナ間の相互干渉を効率的に防止することができる。このトラップ回路は、コンデンサとインダクタの組み合わせだけで構成することができるので、コスト上も有利となる。

［第２実施形態］
第１実施形態に係るアンテナ装置１では、図３（ａ）～（ｃ）に例示される構成のトラップ回路を用いたが、図１３（ａ）に示すように、コンデンサＣだけでトラップ回路を構成しても良い。また、同（ｂ）に示すように、コンデンサＣを可変にしても良い。
図１２は、図３（ａ）に示したＬＣ並列回路でトラップ回路を構成した場合と、図１３（ａ），（ｂ）に示すようにコンデンサＣだけでトラップ回路を構成した場合の、周波数（横軸：ＭＨｚ）と平均利得（縦軸：ｄＢｉ）との関係を示したシミュレーション結果である。トラップ回路等の電気定数は、８６ＭＨｚ前後で平均利得が最大になるように決定されている。破線はＬＣ並列回路で構成されたトラップ回路が接続された場合、実線はコンデンサＣのみで構成されたトラップ回路の場合である。
図１２に示されるように、コンデンサＣのみでトラップ回路を構成しても、ＤＴＴＢ波帯とＦＭ波帯とが分離されることからＦＭ波帯での平均利得の低下が抑制される。なお、図１３（ｃ）に示すインダクタＬのみでトラップ回路を構成しても良い。また、同（ｄ）に示すようにインダクタＬを可変にしても良い。
これにより、アンテナ装置１の製造コスト低減にさらに貢献することができる。

［第３実施形態］
第１実施形態では、ＤＴＴＢ素子１３を容量装荷素子１２の縁１２２の間に、各縁の高さで配設されている例を説明したが、第３実施形態では、ＤＴＴＢ素子を仮想面上で容量装荷素子よりも上方、つまり縁以上の高さに配設した例を説明する。ＤＴＴＢ素子と容量素子以外の構成については、第１実施形態と同じである。図１４（ａ）は、頂部のある傘状の容量装荷素子７２の上方にＤＴＴＢ素子７３を配置したアンテナ部の例である。また、図１４（ｂ）は、頂部のないミアンダ状の容量装荷素子８２の上方にＤＴＴＢ素子８３を配置したアンテナ部の例である。いずれもＤＴＴＢ素子７３，８３は、第１実施形態において説明した仮想面上にあり、前後方向において、容量装荷素子７２，８２と重なり合っている。また、ＤＴＴＢ素子７３，８３には、第１実施形態又は第２実施形態において説明したトラップ回路が接続されている。ＤＴＴＢ素子７３，８３の実装は、実際にはアンテナケース１０の内壁に沿って固定される。

図１５は、ＤＴＴＢ波帯の周波数（横軸：ＭＨｚ）とＤＴＴＢ波帯の平均利得（縦軸：ｄＢｉ）との関係を示したシミュレーションの結果例を示す図である。比較のため、図９（ａ）に示したアンテナ部の場合を細破線（傘状）、図９（ｃ）に示したアンテナ部の場合を太破線（ミアンダ状）で併記してある。
図１５から明らかな通り、平均利得は、太実線（ミアンダ状（高））で示される図１４（ｂ）のアンテナ部の場合が最も高く、次いで、細実線（傘状（高））で示される図１４（ａ）のアンテナ部の場合が高くなった。すなわち、図１４（ａ），（ｂ）のように、ＤＴＴＢ素子７３，８３を容量装荷素子７２，８２の上方に配置することにより、ＤＴＴＢ波帯の平均利得が向上した。これは、車両ルーフの取付面から各ＤＴＴＢ素子７３，８３の高さが高くなったためと考えられる。
このように、第３実施形態によれば、ＤＴＴＢ波帯での利得をより高めることができる。

［第４実施形態］
第１実施形態では、ＤＴＴＢ給電部となるＤＴＴＢ接続金具１１３が容量装荷素子１２の前方に存在する場合の例を説明したが、第４実施形態では、ＤＴＴＢ給電部を容量装荷素子の後端付近に位置させる例を説明する。図１６は第４実施形態におけるアンテナ部の模式図である。容量装荷素子９２は第１実施形態で説明した容量装荷素子１２と同じである。第４実施形態のＤＴＴＢ素子９３は、前後方向から見て容量装荷素子９２の先端部と同じ位置から容量装荷素子９２の後端部まで延びた後、下方に折り曲げられている。この折り曲げられた先端に図示しないＤＴＴＢ接続金具（ＤＴＴＢ給電部）が配置される。

図１７は、アンテナ部が図１６のように構成された場合のＦＭ波帯の周波数（横軸：ＭＨｚ）とＦＭ波帯の平均利得（縦軸：ｄＢｉ）との関係を示したシミュレーションの結果例を示す図である。ＤＴＴＢ給電部が容量装荷素子の前方にある第１実施形態のアンテナ部の場合を破線（前方）、第４実施形態のアンテナ部の場合を実線（後方）で示してある。
図１７に示されるように、ＤＴＴＢ給電部が前方でも後方でもＦＭ波帯の平均利得には大きな差は生じなかった。これは、アンテナ部の収納空間内におけるレイアウトの自由度が高まることを意味する。

［第５実施形態］
第１実施形態では、ＤＴＴＢ素子１３を棒状導体で構成した例を説明したが、第５実施形態では、ＤＴＴＢ素子１３を板状導体で構成する場合の例を説明する。第５実施形態に係るＤＴＴＢ素子は、幅を第１実施形態のＤＴＴＢ素子１３と同じ導体板、例えば銅板で構成したが、板状導体の形状、サイズ、材質は任意である。容量装荷素子その他の構成は、第１実施形態と同じである。

図１８（ａ）は周波数（横軸：ＭＨｚ）とＤＴＴＢ波帯の平均利得（縦軸：ｄＢｉ）との関係を示したシミュレーションの結果例、同（ｂ）は周波数（横軸：ＭＨｚ）とＦＭ波帯の平均利得（縦軸：ｄＢｉ）との関係を示したシミュレーションの結果例を示す図である。いずれも容量装荷素子は第１実施形態で説明した容量装荷素子１２である。棒状導体でＤＴＴＢ素子を構成した場合を破線（棒状）、板状導体でＤＴＴＢ素子を構成した場合を実線（板状）で示してある。ＦＭ波帯の実用帯域における平均利得は、図１８（ｂ）に示される通り、ＤＴＴＢ素子が棒状導体か板状導体かに関わらず平均利得には大きな差は生じなかった。ただし、図１８（ａ）によれば、ＤＴＴＢ波帯の実用帯域における平均利得は、棒状導体の場合は－１．２５ｄＢｉ、板状導体の場合は－１．１３ｄＢｉであり、板状導体で構成した方が高くなった。
このように、第５実施形態によれば、ＤＴＴＢ波帯の平均利得をさらに高めることができる。

なお、第１ないし第５実施形態では、アンテナケース１０の収納空間に近接して収納される複数のアンテナがＦＭ波帯のアンテナとＤＴＴＢ素子である場合の例を説明したが、各アンテナが受信する周波数帯の組み合わせは、各実施形態の例に限定されるものではない。例えばＦＭ波帯よりも高域の周波数帯として、携帯電話の周波数、Ｗｉ－Ｆｉその他の周波数帯域であっても、各実施形態は、同様に適用が可能である。
また、各実施形態は、必ずしも車載用のアンテナ装置に限定されるものではなく、他の移動体に搭載されるアンテナ装置、あるいは、据え置き型のアンテナ装置にも同様に適用が可能である。

また、第１ないし第５実施形態より、以下の態様も可能である。
本発明を適用したアンテナ装置は、例えば、内部に収納空間が形成された電波透過性のアンテナケースと、前記収納空間に収納されるアンテナ部とを有し、前記アンテナ部は、前記収納空間の前部から後部の方向に配設される第１素子と、前記第１素子とは電気的に分離されている第２素子とを含み、前記第２素子は、その一部又は全部が前記収納空間の前後方向で前記第１素子と重なり合うことを特徴とする。

Claims (9)

1. 内部に収納空間が形成された電波透過性のアンテナケースと、
   前記収納空間に収納された第１アンテナ部及び第２アンテナ部と、を備え、
   前記第１アンテナ部は、前記収納空間の前後方向に延びる金属製の容量装荷素子を含み、
   前記第２アンテナ部は、その後端が前記容量装荷素子の前端部よりも後方に位置し、その前端が前記容量装荷素子の前記前端部よりも前方に位置し、
   前記第１アンテナ部は第１周波数帯に対応し、
   前記第２アンテナ部は前記第１周波数帯よりも高い周波数帯である第２周波数帯に対応し、
   前記第２アンテナ部の前端がトラップ回路に電気的に接続され、
   前記トラップ回路は、前記第１周波数帯のインピーダンスを最大にする、又は、前記第２周波数帯のインピーダンスを最小にする電気定数で決定される、
   アンテナ装置。
2. 内部に収納空間が形成された電波透過性のアンテナケースと、
   前記収納空間に収納された第１アンテナ部及び第２アンテナ部と、を備え、
   前記第１アンテナ部は、前記収納空間の前後方向に延びる金属製の容量装荷素子を含み、
   前記第２アンテナ部は、その後端が前記容量装荷素子の後端部よりも後方に位置し、その前端が前記容量装荷素子の前記後端部よりも前方に位置し、
   前記第１アンテナ部は第１周波数帯に対応し、
   前記第２アンテナ部は前記第１周波数帯よりも高い周波数帯である第２周波数帯に対応し、
   前記第２アンテナ部の後端がトラップ回路に電気的に接続され、
   前記トラップ回路は、前記第１周波数帯のインピーダンスを最大にする、又は、前記第２周波数帯のインピーダンスを最小にする電気定数で決定される、
   アンテナ装置。
3. 前記トラップ回路は、インダクタ、コンデンサ、又はこれらの組み合わせで構成される、
   請求項１又は２に記載のアンテナ装置。
4. 前記トラップ回路は、基板に実装され、
   前記基板は端子を有し、
   前記トラップ回路の実装部位及び前記端子の少なくとも一方は、半田レベラー処理が施される、
   請求項１から３のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
5. 前記容量装荷素子と前記第２アンテナ部との間は間隔があいている、
   請求項１から４のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
6. 前記第２アンテナ部は、板状導体を含む、
   請求項１から５のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
7. 前記容量装荷素子は、ミアンダ状に形成された部分を含む、
   請求項１から６のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
8. 前記第１アンテナ部を保持するホルダをさらに備え、
   前記ホルダは複数のフランジを有する、
   請求項１から７のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
9. 前記ホルダは、接続金具を有し、前記接続金具は、複数の突起を有する、
   請求項８に記載のアンテナ装置。

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