JPH06196914A - ハイブリッドモノポール／対数・周期アンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 短い全長を有する車両無線アンテナにおいて
広い帯域幅に渡って良好な利得を提供する。 【構成】 所望の放送帯域の信号の約２分の１波長の全
長を有するモノポールアンテナ１３に、広い帯域幅に渡
りその利得を向上されるため対数・周期形状が与えられ
る。対数・周期アンテナと半波長モノポールアンテナと
をハイブリッド化することにより、曇り取りのヒータ格
子１２と共に車両のガラス１１上に配置できるように、
車両１０に取り付けられるアンテナ１３のサイズを小さ
くする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の背景】本発明は、一般的に自動車用のアンテナ
に関し、特にＦＭ放送受信用の窓ガラス付設アンテナに
関する。

【０００２】無線アンテナは、対象とされる全周波数帯
域（例えば、米国ではＡＭ放送の場合には５３５KHz か
ら１６０５KHz 、ＦＭ放送では８８MHz から１０８MHz
）に渡り良好な利得を提供する目的で設計される。車
両の環境により、サイズと高さと出っ張った部分とを最
小にすることが必要となり、このため車両アンテナ設計
は一般に制限を受け、限定された性能しか達成できなか
った。全長が対象とされる波長の長さと比較して短いた
め、モノポール及びダイポールアンテナが通常用いられ
ていた。しかしながら、アンテナ特性により帯域幅を狭
めていた。普通の車両に付けられるホイップアンテナ
は、対象とされるＦＭ放送帯域の信号の波長が約３ｍで
あるため、約１ｍより短い長さの４分の１波長モノポー
ルの形状を有する。通常のダイポールアンテナは、２分
の１波長に相当する長さを有している。

【０００３】ホイップアンテナにより与えられる利得
は、モノポール及びダイポールアンテナの本来的な狭い
帯域幅によって、所望の受信帯域内においてさえ周波数
に大いに依存している。アンテナは通常所望の帯域の中
心周波数で最適化されていた。

【０００４】広い帯域幅を提供する、即ち、実質的に周
波数に依存しない他のアンテナ設計が知られている。し
かしながら、そのようなアンテナは、少なくともほぼ１
波長の全長を有していた。このような長い構成は、車両
用、特に車の窓にプリントされるものには実用的ではな
かった。後窓は、車両アンテナを設けるのに時として用
いられるが、後窓表面の大部分は、この後窓の曇り取り
用の電気ヒータ格子により通常には占められている。し
たがって、ヒータ格子が備えられた窓上には、限定され
た空間のみがアンテナを取り付けるのに利用可能であっ
た。

【０００５】

【発明の概要】本発明の目的は、短い全長を有する車両
無線アンテナにおいて広い帯域幅に渡って良好な利得を
得る放送帯域モノポールアンテナ提供することにある。

【０００６】本発明は、半波長モノポールと対数−周期
アンテナとの特性を有するハイブリッドアンテナを採用
する。特に、アンテナは、車の表面上の第１の位置と第
２の位置との間に直列に接続された複数の段階セグメン
ト（scaled segment) を備えるアンテナアームを有す
る。段階セグメントは、第１位置から第２位置への対数
・周期数列（log-periodic progression) を実質的に提
供する。給電ラインが、モノポールとしてアンテナに給
電する給電点で段階セグメントに接続される。アンテナ
は、対象の放送帯域内の周波数に対応する約４分の１か
ら約１波長の範囲の全長を有する。

【０００７】本発明の新規な特徴は、添付の特許請求の
範囲に特に置かれている。しかしながら、本発明の目的
及び利点と共に、動作の手法及び構成に関する本発明自
身は、添付の図と共に以下の記述を参照することによっ
て最大限理解されるであろう。

【０００８】

【実施例】車体表面１０は、バックリット（即ち、後
窓）１１を嵌めるための開口を有している。ガラス即ち
バックリット１１上或いは中に含まれるのは、ヒータ格
子１２とアンテナ１３とである。ヒータ格子１２は、バ
スバー１４と、バスバー１４とバスバー１５との間に渡
された複数のヒータ導線１６を有するバスバー１５とを
有する。バスバー１４及びバスバー１５への電源接続は
示されていない。

【０００９】アンテナ１３は、ヒータ格子１２と同じ材
料を用いて同じ製造工程でバックリット１１に好適には
プリントされている。アンテナ１３は、中心点２０と中
心点２０から終点２１、２２へ渡されている対数・周期
セグメントとを有する。給電点２３は、対数・周期セグ
メントの一つに置かれ、そして、給電ライン２４を介し
てガラス上の端子２５に接続される。同軸ケーブル２６
は、端子２５に接続されたシールド導線２７を有し、ま
た、車体上の２８でグランドに接続されたアウタシール
ドを有する。

【００１０】短絡ライン３０が、バックリット１１の中
心線に沿った等電位点においてヒータ導線１６を相互接
続する。

【００１１】アンテナ１３は、対数・周期数列に従い、
直列に接続された複数の段階セグメントから成る。従っ
て、第１アンテナアームは、ポイント２０とポイント２
１との間に設けられ、そこでは、それぞれの連続するセ
グメントが予め定められた幾何学上の比率に従い段階化
される。同様に、アンテナが、ポイント２０を通過する
バックリット１１の垂直な中心線に対して負対称となる
ように、第２アンテナアームが、同様の対数・周期数列
に従いポイント２０からポイント２２へ広げられてい
る。他の実施例では、付加のアンテナアーム或いは、単
一のアンテナアームを含むことができる。

【００１２】アンテナ１３の完全な長さは、所望の周波
数帯域の約４分の１波長から完全な１波長のオーダにあ
り、好適にはほぼ半波長である。従って、アンテナ１３
が、８８MHz から１０８MHz のＦＭ信号を受信するに
は、所望の帯域の中心の信号の波長は約３ｍの長さで、
アンテナ１３の全長は好適には約１．５ｍである。

【００１３】好適な半波長のアンテナ長は、通常ダイポ
ールアンテナ用の長さに相当する。しかしながら、本発
明のアンテナは、モノポール給電点２３及び給電ライン
２４を介して好適にはモノポールとして給電される。従
って、本発明のアンテナは、モノポール給電を備えた半
波長アンテナと対数・周期アンテナとのハイブリッドで
ある。アンテナは、それぞれの段階セグメントが半波長
或いは４分の１波長のいずれにも相当しないため、従来
技術において知られている真の対数・周期アンテナでは
ない。しかしながら、本発明のアンテナは、対数・周期
アンテナとモノポールアンテナとの幾つかの最良の特性
を示すことにより、改善された帯域幅上で良好な利得を
得ることができる。

【００１４】本発明のハイブリッドアンテナの更なる重
要な利点は、給電点２３を置く位置にある、ここでは、
１）アンテナの誘導性或いは容量性のリアクタンスを本
質的に打ち消し、２）アンテナの抵抗性のインピーダン
スが、ラジオへのアンテナ信号を伝送する同軸ラインに
対して良好に整合される。給電点の特有の位置は、アン
テナの幾何的な要素、ヒータ格子の幾何的な要素及び他
の車の構造等を含む多くの変数に依存する。特定の車用
の特定のアンテナのための特有の給電点の位置は、実験
的な測定すなわち型式により決定できる。

【００１５】ヒータ格子上の短絡ライン３０は、アンテ
ナ１３の所望の受信帯域においてアンテナとの干渉を最
小にするため、ヒータ格子の共振を制御する。従って、
１以上の短絡ラインが必要になることもある。短絡ライ
ンはヒータ格子上の等電位点に位置しているので、ヒー
タ格子を流れる電流にはなんら影響を与えない。

【００１６】アンテナ１３とヒータ格子１２とは公知の
技術を用いてバックリット１１に形成することができ
る。例えば、ヒータ格子と、バスバーと、ヒータ導線
と、アンテナセグメントとを形成する銀セラミックペー
ストを塗着させるシルクスクリーンプリティング加工を
用い得る。このように銀セラミックペーストを塗着した
後に、バックリットを固着装置（fixture)におき、ガラ
ス板へ銀セラミックペーストを接合する適切な温度まで
加熱する。ガラス板への導電性セグメント及び端子の形
成についての更に詳細な事項は、同じく譲授された米国
特許４， ２４６，４６７と４， ３８８， ５２２と
に提示されており、これらは本発明の参照に取り入れら
れる。

【００１７】本発明の対数・周期数列を得るための第１
実施例が図２に示されている。実質的に垂直の中心線３
１が中心点３２を含んでいる。ライン３３とライン３４
とが、夾角θを定義する中心点３２を通る。

【００１８】ライン３３及び３４上の一連の対数的に段
階化されたポイントは、アンテナの対数・周期数列を定
義する。従って、第１ポイントＲ₁ は、アンテナの最大
半径（radius) で選択される。幾何学段階係数τは、ラ
イン３３及び３４上の付加ポイントを誘導するために選
択される。従って、ポイントＲ₂ は、段階係数τをポイ
ントＲ1 の半径に掛けることによって誘導される。一般
的に、それぞれのポイントの半径は、Ｒ_i+1 ＝τ×Ｒ_i
の式から得られる。図２の好適な実施例において、示さ
れているように対数的に誘導されたポイントは、ライン
３３と３４との間で交互になる。更に、それぞれのポイ
ントが、同じライン３３又は３４上で負方向の半径で複
写されて、これにより残りのアンテナに負対称を与え
る。

【００１９】図２の放射ポイントは、図３に示すように
アンテナセグメントにより相互接続されている。従っ
て、ポイントＲ₁ は、直線のセグメントによってポイン
トＲ₂と接続され、一方、ポイントＲ₂ は直線のセグメ
ントによってポイントＲ₃ と接続され、これが繰り返さ
れる。有限の数のポイントが採用されるため、図３に示
すポイントＲ₁₃のような最終のポイントは、中心点３２
へ直接接続される。更に、幾つかのポイントの位置、特
に中心点３２に近いものは、製造を容易にするために対
数・周期数列よりも少ない数に置き換えることができ
る。図３のアンテナアームは、単独で、或いは、負対称
のアンテナアームのような他のアンテナと共に採用する
ことができる。全アンテナアームの全てのアンテナセグ
メントの全長は、所望の放送帯域内の信号の約４分の１
波長からほぼ完全な１波長の範囲に納められる。更に好
適には、全長は波長の約２分の１に等しい。ひとたびポ
イントの総数が選択され、そして、アンテナアームの総
数が決定されたなら、全体のアンテナ長のための式が半
径Ｒ1 の項（term) から得られる。これにより、所望の
アンテナ長の合計が所望の波長に従い決定される。しか
して、ポイントＲ₁ からＲ₂ までの半径が計算できる。
図３の実施例のアンテナの段階セグメントによって、対
数・周期数列に従う夾角に沿って置かれるノコ歯の頂点
で、ノコ歯の形が取られる。

【００２０】図４は別の実施例を示し、ここでは、それ
ぞれのポイントＲ₁ からＲ₁₃までが夾角θを定義するラ
イン３３及び３４上に確立される。この実施例の段階セ
グメントは、そのぞれぞれの長さが対数・周期数列に従
うように、ライン３３と３４とに沿う夾角の反対側の交
互に置かれる。従って、段階セグメント３５は、ライン
３３上のポイントＲ₁ とポイントＲ₂ との間に延ばされ
る。次の段階セグメント３６は、ライン３４上のポイン
トＲ₂ とＲ₃ とに置かれる。段階セグメントは複数の短
絡セグメントにより相互接続される。これは、ライン３
３と３４上でポイントＲ₂ を接続し、そして、ライン３
３と３４上でポイントＲ₃ を接続する、等である。短絡
セグメント３７は、夾角θを２分割するライン３８に対
してそれぞれ直角である。第２のアンテナアームを図示
３９のように含むことができ、これは垂直の中心線に対
して負対称である。

【００２１】幾何学段階係数τは好適には約０．８に等
しい（これは図３及び図４に示す係数である）。しかし
ながら、約０．５から０．９の間の段階係数τを用いて
も良好な結果を得ることができる。

【００２２】図３と図４とは更に、それぞれのアンテナ
アームの中心点から終点に向けて増大する対数・周期数
列を示している。しかしながら、ここでは２つのアンテ
ナアームが連結されて１つのアンテナを形成し、これは
その最小のものよりも最大の段階セグメントで連結でき
る。

【００２３】図５は、ジグザグパターンで短絡セグメン
トと交互に接続させる段階セグメントを用いる別の実施
例を示している。従って、段階セグメントは、夾角のラ
インに正確に従うよりも水平に置かれる。段階セグメン
ト４０は長さＬ₁ を有する。第２段階セグメント４１は
長さＬ₂ を有し、短絡セグメント４２を介して段階セグ
メント４０に接続される。追加の段階セグメント４３な
いし４７は、追加の短絡セグメント４８ないし５２で相
互接続される。段階セグメントは、短絡セグメントに対
して直角である。

【００２４】図５のアンテナは、垂直の中心線５３に対
して対称であり、これにより段階セグメント５４及び短
絡セグメント５５は、段階セグメント４６及び短絡セグ
メント５２に対して対称である。モノポール給電点５６
及び給電ライン５７は図示のように適用される。

【００２５】図６に示されているように、対数・周期数
列は、アンテナの中心からアンテナの終端に向けて減少
させることができる。従って、垂直な中心線５３からの
始まりからアンテナのそれぞれの終わりまでの図６のア
ンテナセグメントの順番は、図５のものと反対にされて
いる。以前に記述したように、給電点５８と給電ライン
５９とは、アンテナ抵抗性インピーダンスと整合を取
り、アンテナの無効インピーダンスを取り除くように選
択される。

【００２６】例示により、負対称アンテナアームを備え
る図３に規定されるアンテナは、８．２度に等しい夾角
θを有するよう構成されている。対数・周期数列は、５
８４ミリメータの最大半径Ｒ₁ で１９のポイントが採用
されている。０．８２５の段階係数が採用され、１３８
４ｍの両方のアンテナアームを含む全体のアンテナ長が
もたらされる。それぞれの段階セグメントの厚みは銀セ
ラミックスの約１mmである。

【００２７】図４で規定されるアンテナは、８．２度の
夾角と８つのポイントの対数・周期数列を採用するよう
構成されている。４２９ミリメータの最大半径と約０．
８の幾何学段階係数τとが、それぞれのアームの中心点
から引き出される、２５，３１，３９，４９，６１，７
６，９５，１２２に等しいミリメータの段階セグメント
の長さをもたらす。それぞれの短絡セグメントは、１
５，２１，３１，４１，５６，７５，９７，１２０ミリ
メータの長さを有する。

【００２８】それぞれのアンテナがＦＭ帯域上で良好な
利得を得ると同時に、それぞれ中心点から２００mmと１
０５mmとの距離に置かれた給電点の適切な位置により、
縮減されたアンテナリアクタンスを有し、同軸ラインと
の良好なインピーダンス整合が得られる。

【００２９】例えば、台形歯（trapezoidal tooth)のよ
うな、他の対数・周期形が従来技術で知られており、こ
れを本発明に利用できる。

【００３０】本発明の好適な実施例を示すと共に説明を
行ってきたが、このような実施例は例示のためのみに提
供されたことが理解されるであろう。多くの改変、改
良、均等物が、本発明の精神から離れることなく当業者
によって成し得るであろう。このため、添付の特許請求
の範囲は、発明の精神及び範囲内のこのような改変を包
含することを意図している。

【図面の簡単な説明】

【図１】 プリントによりガラスに取り付けられたアン
テナとヒータ格子とを有する自動車の後窓を示す前面図
である。

【図２】 本発明の一実施例に採用された対数−周期数
列を示す図。

【図３】 本発明に基づくアンテナアームの一実施例を
示す図。

【図４】 本発明に基づくアンテナの別実施例を示す
図。

【図５】 本発明のアンテナの更に別の実施例。

【図６】 図５のアンテナの変形を示す図。

【符号の説明】

１０ 車体表面 １１ バックリット １２ ヒータ格子 １３ アンテナ ２３ 給電点 ２４ 給電ライン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車体の表面に支持された放送帯域モノポ
   ールアンテナにおいて、 前記表面の第１の位置と第２の位置の間に直列に接続さ
   れた複数の段階セグメントを有するアンテナアームであ
   って、前記段階セグメントは前記第１の位置から前記第
   ２の位置に概ね対数・周期数列を形成し、 前記アンテナにモノポールとして給電するための給電点
   で前記段階セグメントに接続された給電ラインと、 前記放送帯域内の周波数に対応する約４分の１から約１
   波長の範囲の全長を有する前記アンテナ、を備えた放送
   帯域モノポールアンテナ。