JP2004088198A

JP2004088198A - モノポールアンテナ装置およびこれを用いた通信システム

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Publication number: JP2004088198A
Application number: JP2002243060A
Authority: JP
Inventors: Hirotaka Ishihara; 石原　広隆; Koichi Ogawa; 小川　晃一; Susumu Inatsugi; 稲継　進; Tomoyuki Maeda; 前田　友之; Atsushi Yamamoto; 山本　温
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-08-23
Filing date: 2002-08-23
Publication date: 2004-03-18

Abstract

【課題】低背時に入力インピーダンスが整合するモノポールアンテナ装置を提供すること。
【解決手段】従来の技術と比べて異なるのは、直径０．０１波長以上の給電素子３１および直径０．０１波長以上の短絡導体３２を用いることで給電点でのインピーダンスマッチングを可能とした点である。短絡導体３２の半径ρ２を増加すれば入力インピーダンスＺが増加し、給電素子３１の半径ρ１を増加すれば入力インピーダンスＺが減少する。これを利用して入力インピーダンスを制御する。さらに給電素子３１の直径が大きい方がＱが低くなり広帯域なアンテナを提供することができる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動体無線装置に用いられるモノポールアンテナ装置およびアンテナシステムに関する。特に、車載用として車両内に置かれるモノポールアンテナ装置およびアンテナシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
車載用のアンテナとしてモノポールアンテナ装置は一般的なアンテナである。モノポールアンテナ装置は線状のアンテナで、高さは１／４波長または３／４波長となることが多い。携帯電話機に用いられる９００ＭＨｚの周波数の場合、１／４波長は８３ｍｍ、３／４波長で２４９ｍｍになり、車両のルーフ上または車両内に置かれるアンテナ装置としてサイズが問題になる。
【０００３】
ここで、モノポールアンテナを低背化したものとしてトップローディング型モノポールアンテナがある（例えば、非特許文献１参照）。従来のトップローディング型モノポールアンテナの構造を図２０に示す。図２０（ａ）は斜視図、（ｂ）はＹＺ面に直交して見た平面図である。このトップローディング型モノポールアンテナはトップローディング形状の電極（以下、トップロード電極）１１と、トップロード電極１１に対向して設けられる地板導体１４と地板導体１４上の給電点と上記トップロード電極１１を電気的に接続する給電素子１２からなる。上記トップロード電極１１と地板導体１４とを電気的に接続する短絡導体１３はインピーダンスマッチングを良くするために必要に応じて設けられる。ここで、給電点１５に給電用同軸ケーブルの中心導体１６が接続され、給電用同軸ケーブルの地板導体１７は地板導体１４に接続される。ここで、給電素子１２と短絡導体１３は一般的に９００ＭＨｚの共振周波数を持つアンテナであれば直径１ｍｍ程度の導電体（銅など）の導線が用いられる。
【０００４】
この従来例のトップローディング型モノポールアンテナは給電素子１２の上部に円形平板形状のトップロード電極１１を給電素子１２と接続して構成したものである。円形平板形状の電極１１を用いることで、周波数９００ＭＨｚであれば１／４波長で８３ｍｍの高さが必要であったモノポールアンテナ装置の高さを３０〜４０ｍｍに低背化できる。
【０００５】
さらに複数の共振周波数を有するアンテナとして、トップローディング型モノポールアンテナを用いた２共振アンテナの構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このアンテナの構成を図２１に示す。これはトップローディング形状の電極１１の周囲に輪状素子２１を配置し、輪状素子２１とトップローディング形状の電極１１は、コイルおよびコンデンサで形成される反共振回路２２を用いて接続する。共振周波数をそれぞれ第１の周波数、第２の周波数とすると、第１の周波数はトップロード電極１１と給電素子１２により励振される周波数で、第２の周波数は輪状素子２１もトップローディング負荷として加わり輪状素子２１とトップロード電極１１と給電素子１２から励振される周波数である。反共振回路２２は第１の周波数に対する反共振回路で、第１の周波数においては輪状素子２１が接続していない状態と等価にするための機能を持つ。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
次に、従来例に関わる問題点であり、本発明が解決しようとする課題について説明する。
【０００７】
第１の課題は、低背時にインピーダンスの整合が困難になるという問題である。
【０００８】
アンテナの低背化により、トップロード電極１１と地板導体１４との間隔が小さくなる。
【０００９】
一般に地板導体１４を用いたアンテナでは地板導体１４が存在することで、地板導体１４を挟んで対称に、トップロード電極１１上を流れる、地板導体１４と平行な電流に対しては、地板導体１４から等距離離れて逆向きの電流が存在することと等価になる。これをイメージ電流という。
【００１０】
間隔が小さいと、トップロード電極による放射電界はイメージ電流による放射電界に打ち消され小さくなる。これは給電点１５の電圧が低くなることを意味している。アンテナに流れる電流は低背化する前と比べ大きく変化しないため、電圧の低下に伴い、入力インピーダンスが低下するのである。
【００１１】
第２の課題は、低背時に帯域が狭くなるという課題である。アンテナを使用する通信システムにより使用される帯域は決まっており、そのため、低くする高さにも制限がある。
【００１２】
第３の課題は、複数の異なる周波数で共振させることである。近年、移動体通信においては多くの周波数が用いられている。従来の技術に関しての項で例としてあげた９００ＭＨｚは一般にＰＤＣ８００ＭＨｚ帯といわれる周波数（８１０〜９６０ＭＨｚ）を想定している。携帯電話においては上記の８００ＭＨｚ帯以外に１．５ＧＨｚ帯も使用しており、本発明の使用用途として車載の携帯電話用アンテナを想定しているので、両方の周波数をカバーする必要がある。しかしながら、トップローディングモノポールアンテナを用いた多周波への対応は一般的には行われておらず、従来例で示した構成においても、より簡便に量産するためには反共振回路を使用しない構成が望まれる。
【００１３】
第４の課題は小形化する課題である。車内設置するアンテナとしては特に小形形状が望ましい。通常のトップロード型モノポールアンテナは上述のようにアンテナを低背化するとトップロード電極１１が大きくなり、地板導体１４の必要な大きさも増大する。車内では十分な地板の大きさがとれないことが多いので、アンテナを低背にする高さも制限がある。従来のトップロード型モノポールアンテナでは地板導体１４の大きさの制約から共振周波数が９００ＭＨｚのトップローディングモノポールアンテナにおいてはアンテナ高が３０〜４０ｍｍと高くなり不向きであった。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明のアンテナ装置は上記課題を解決するために、地板導体と、上記地板導体と対向して設けられトップローディング部を構成する電極と、給電点と上記電極とを接続する給電素子と、上記電極と上記地板導体とを接続するための短絡導体を備えたトップローディング型モノポールアンテナ装置であって、上記線状素子は断面の外周長が０．０３波長以上である構成とする。
【００１５】
また、地板導体と、上記地板導体と対向して設けられトップローディング部を構成する電極と、給電点と上記電極とを接続する給電素子と、上記電極と上記接続導体とを接続するための短絡導体を備えたトップローディング型モノポールアンテナ装置であって、上記短絡導体は断面の外周長が０．０３波長以上であること構成とする。
【００１６】
さらに、地板導体と、上記地板導体と対向して設けられトップローディング部を構成する電極と、給電点と上記電極とを接続する給電素子と、上記電極と上記接続導体とを接続するための短絡導体を備えたトップローディング型モノポールアンテナ装置であって、上記給電素子および上記短絡導体は断面の外周長が０．０３波長以上である構成とする。
【００１７】
ここで、上記トップローディング部を構成する電極は折り曲げ部を有しても良い。
【００１８】
さらに、上記トップローディング部を有する電極は方形であっても良い。
【００１９】
また、上記給電点に対して、上記地板導体上に設けた整合回路を介して接続してもよい。
【００２０】
また、上記地板導体は円形平板形状であっても良い。
【００２１】
また、上記給電導体の両端の間に位置する中間位置と、上記地板導体とを接続するための短絡制御導体をさらに備えても良い。
【００２２】
また、本発明のアンテナ装置は、地板導体と、上記地板導体と対向して設けられトップローディング部を構成する電極と、給電点と上記電極とを接続する給電素子と、一端が上記地板導体に接続する第１の導体板を備えたトップローディング型モノポールアンテナ装置であって、第１の導体板は、上記線状素子および上記短絡導体に対し平行な部分を有する構成とする。
【００２３】
ここで、第１の導体板は前記第１の導体板の共振周波数の波長に対し巾０．０１波長以上であっても良い。
【００２４】
また、第１の導体板と前記給電導体の間隔は記第１の導体板の共振周波数の波長に対し０．０１波長以内であってもよい。
【００２５】
さらに第１の導体板は前記アンテナ装置の動作中心周波数における１／４波長の長さであっても良い。
【００２６】
また、一端が上記地板導体に接続する第１の導体板であって、第１の導体板は、上記線状素子および上記短絡導体に対し平行であって、上記電極に対して平行に併設することを特徴する第１の導体板を備えても良い。
【００２７】
ここで、第１の導体板は前記第１の導体板の共振周波数の波長に対し巾０．０１波長以上であっても良い。
【００２８】
さらに、第１の導体板と前記給電導体の間隔は前記第１の導体板の共振周波数の波長に対し０．０１波長以内であってもよい。
【００２９】
また、第１の導体板は前記アンテナ装置の動作中心周波数における１／４波長の長さであっても良い。
【００３０】
さらに、本発明のアンテナ装置は、地板導体と、上記地板導体と対向して設けられトップローディング部を構成する電極と、給電点と上記電極とを接続する給電素子と、上記地板導体および上記電極と平行な第２の導体板を備えた構成とする。
【００３１】
ここで、第２の導体板は前記アンテナ装置の動作中心周波数における１／２波長の長さであっても良い。
【００３２】
さらに、第２の導体板は上記地板導体および上記電極と平行でも良い。
【００３３】
また、第２の導体板は前記アンテナ装置の動作中心周波数における１／２波長の長さであっても良い。
【００３４】
また、本発明の通信システムは、車両内部に設置された受信機と、車両ルーフまたはトランクルーフ上に設置され、かつ上記の受信機に接続された本発明のモノポールアンテナ装置を用いた構成とする。
【００３５】
さらに、車両内部に設置された受信機と、上記車両内部に設置され、かつ上記の受信機に接続された本発明のモノポールアンテナ装置を用いた構成とする。
【００３６】
ここで、上記モノポールアンテナ装置を、上記車両のフロントウインドまたはリアウインド近傍に設置するときにそれぞれ、上記モノポールアンテナの短絡導体と上記給電素子を結ぶ方向と直交する方向に、上記フロントウインドまたは上記リアウインドが位置するように上記モノポールアンテナ装置を設置しても良い。
【００３７】
また、上記車両内に凹部を形成し、上記凹部内に上記モノポールアンテナ装置を設置し、上記凹部の開口部をレドームにより覆っても良い。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明に関わる実施の形態について説明する。なお、図面においては、同様の部分については同一の符号を付している。
【００３９】
（実施の形態１）
まず、図１から図５を用いて、本発明のアンテナ装置の動作原理を説明する。
【００４０】
図１に本発明のトップローディング型モノポールアンテナ装置の構成を示す。従来の技術と比べて異なるのは、直径０．０１波長以上の給電素子３１および直径０．０１波長以上の短絡導体３２を用いることで給電点でのインピーダンスマッチングを可能とした点である。この給電素子、短絡導体の直径は従来の技術で９００ＭＨｚの共振周波数であれば１ｍｍの直径の導体を用いていたことと比較すると、外観の面では直径３ｍｍ以上の太い導線を用いている点で異なる。また、直径０．０１波長以上の給電素子３１および直径０．０１波長以上の短絡導体３２を用いるということは、すなわち断面の周囲長がそれぞれ０．０３波長以上となることを意味する。
【００４１】
ここで、インピーダンスマッチングの原理を説明する。図２に示すのはトップローディング型モノポールアンテナに流れる電流の概念図である。本発明のアンテナの電流は放射に関係する不平衡伝送系と、放射には関係せずアンテナのインピーダンスのみに関係する平衡伝送系に分けて解析できる。
【００４２】
図３に不平衡伝送系と平衡伝送系を分けて示し説明する。
【００４３】
さらに、図３（ａ）のａａ’からアンテナをみたインピーダンスをＺｕとし、図３（ｂ）のｂｂ’からアンテナを見たインピーダンスをＺｂとすると、
【００４４】
【数１】

【００４５】
【数２】

【００４６】
の関係がある。
【００４７】
さらに、次の連立方程式が図３において成立する。
【００４８】
【数３】

【００４９】
【数４】

【００５０】
【数５】

【００５１】
【数６】

【００５２】
よって、本発明のアンテナの給電点１５におけるインピーダンスＺは
【００５３】
【数７】

【００５４】
で表せる。
【００５５】
これは、本発明のアンテナの入力インピーダンスＺはνｉの関数であることを示している。
【００５６】
電流分配率νｉは給電素子３１の半径ρ１、短絡導体３２の半径ρ２、給電素子３１と短絡導体３２の中心距離ｓが決まれば、次式で求まる。
【００５７】
【数８】

【００５８】
これから、ρ１、ρ２の経を制御することで入力インピーダンスＺが制御できることがわかる。（８）式は短絡導体３２の半径ρ２を増加すれば入力インピーダンスＺが増加し、給電素子３１の半径ρ１を増加すれば入力インピーダンスＺが減少することを意味する。
【００５９】
図４に給電素子３１の直径を変化したとき、図５に短絡導体３２の直径を変化したときの本発明のアンテナの入力インピーダンスの変化を示しこれを確かめる。
【００６０】
図４（ａ）の左の図に示すのはスミスチャートと呼ぶインピーダンスの変化を示すための図である。スミスチャートの中心を通る線Ａ−Ａ’をスミスチャートの円弧が横切る位置Ｂが入力インピーダンスを表している。線Ａ−Ａ’においてインピーダンスはＡ側が低くＡ’側が高い。中心位置が整合している点である。ここで図４（ｂ）、（ｃ）と給電素子３１の直径を大きくすると入力インピーダンスは低くなっている。また、図４（ｂ）である給電素子３１の直径３ｍｍでほぼ整合しており、給電素子３１の直径を変化させることで入力インピーダンスを整合できることがわかる。また、図５において短絡導体３２の直径を変化させたときのインピーダンス変化からわかるように、短絡導体３２の直径を大きくすることで、入力インピーダンスは高くなる。短絡導体３２の直径だけを変化させても入力インピーダンスは整合できる。この結果は（８）式の結果と良く合っており、入力インピーダンスの課題に対しては給電素子３１または短絡導体３２の直径を変化させることで解決できたことがわかる。
【００６１】
帯域幅に関しては、給電素子３１の直径と短絡導体３２の直径を適切に選択することで広げることが出来る。図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は上述のように給電素子３１の直径を変化させた時のインピーダンスの変化で、右側の図から帯域幅の拡大がわかる。これを以下に説明する。図４（ａ）の右側に示した図は給電素子３１の直径を変化したときのＶＳＷＲの変化を示す図である。この図の横軸は周波数、縦軸はＶＳＷＲである。図中にＣ−Ｃ’で示す横線がＶＳＷＲ＝３の線で、ＶＳＷＲ＝３以下をこのアンテナの使用可能な帯域と定義する。給電素子３１の直径が１ｍｍの図４（ａ）においてはＶＳＷＲ＝３を下回る帯域幅は８０ＭＨｚで、給電素子３１の直径が３ｍｍの図４（ｂ）では１５０ＭＨｚ、給電素子３１の直径が３ｍｍの図４（ｂ）では１９０ＭＨｚとなり、給電素子３１の直径が大きくなるほど帯域が増加することがわかる。ただし、上述したように給電素子３１の直径を大きくすると入力インピーダンスが低下するので、短絡導体３２を適切な太さにして入力インピーダンスを整合させる必要がある。すなわち給電素子３１と短絡導体３２の直径を９００ＭＨｚであればともに３ｍｍ以上つまり０．０１波長以上の直径とすることで広帯域化が出来ることがわかる。
【００６２】
図８は、本発明の第１の実施例に関わるトップローディング型モノポールアンテナ装置の構成を示す斜視図である。この第１の実施の形態のトップローディング型モノポールアンテナ装置は１点目のインピーダンスの整合に関する課題および２点目の帯域に関する課題に対する解決手段を提供するものである。
【００６３】
図８に図示される第１の実施例に関わるアンテナは以下の点で従来のアンテナ形状と異なることを特徴としている。
【００６４】
（１）線状素子の断面の周囲長が０．０３波長となる。具体的には共振周波数９００ＭＨｚのアンテナに対しては直径が約３ｍｍ以上の導体あるいは中空導体で線状素子が構成される。
【００６５】
（２）短絡導体の断面の周囲長が０．０３波長となる。具体的には共振周波数９００ＭＨｚのアンテナに対しては直径が約３ｍｍ以上の導体あるいは中空導体で線状素子が構成される。
【００６６】
図８に示すように本発明のトップローディング型モノポールアンテナ装置は、トップローディングのための円形平板形状の電極と電極と対向して設けられ平板形状の地板導体と給電点と電極とを電気的に接続する断面の周囲長が０．０３波長以上の給電素子３１と、電極と地板導体とを電気的に接続する断面の周囲長が０．０３波長以上の短絡導体３２から構成される。ここで、給電点には給電用同軸ケーブルの中心導体が接続され、給電用同軸ケーブルの地板導体は本発明のアンテナ装置の地板導体に接続される。
【００６７】
本実施の形態において、電極の半径は１／４波長ないし１／６波長となる。また、地板導体の半径は好ましくは１／２波長以上に設定される。さらに当該アンテナの高さは、実施の形態においては１／８波長ないし１／１０波長である。なお、本実施の形態およびそれ以降で説明する実施の形態および変形例において、１波長は当該アンテナが動作する動作中心周波数に対応する長さである。
【００６８】
（実施の形態２）
図９は本発明の第２の実施の形態に関わるトップローディング型モノポールアンテナの構成を示す斜視図である。図９に示す実施例は折り曲げられたトップロード電極９１、給電素子３１、短絡導体３２、地板導体１４から構成される。本実施例に関わるトップローディング型モノポールアンテナ装置は、第１の実施の形態のアンテナ装置と比較し、トップローディング電極部が折り曲げ部を有する点で異なる。
【００６９】
図９のようにトップローディング部が折り曲げられることで、電極の上部から見たときの投影面積を小さくできる。さらに、トップローディング電極９１の表面積においても折り曲げ部を有することで、折り曲げられた先端部と地板電極間に生じる容量性のリアクタンス成分が大きくなり、表面積が小さくなり、小型化に寄与する。
【００７０】
（実施の形態３）
図１０は本発明の第３の実施の形態にかかわるトップローディング型モノポールアンテナの構成を示す斜視図である。図１０に示す実施例はトップロード電極９１、給電素子３１、短絡導体３２、円形地板導体１０１から構成される。本実施例にかかわるトップローディング型モノポールアンテナ装置は第１の実施の形態のアンテナと比較し、地板導体が円形形状をしている点で異なる。このように円形の形状とすることで本実施例のトップローディング型モノポールアンテナを設置する際に設置方向を自由に回転することが可能となる。
【００７１】
（実施の形態４）
図１１は本発明の第４の実施の形態にかかわるトップローディング型モノポールアンテナの構成を示す斜視図である。図１１に示す実施例はトップロード電極９１、給電素子３１、短絡導体３２、地板導体１４、給電素子１３の一部と地板導体１４を接続するインピーダンス調整用タップ１１１から構成される。本実施例にかかわるトップローディング型モノポールアンテナは、地板と給電素子を接続するインピーダンス調整用タップ１１１を有する点で第１の実施の形態と異なる。この導線によって給電点での電流量を調整することが出来る。入力インピーダンスは給電点での電圧と電流により決まるので、インピーダンス調整用タップ１１１を用いることで入力インピーダンスを微調整することが可能となる。
【００７２】
（実施の形態５）
図６および図７および図１２から図１５は本発明によるモノポールアンテナの第５の実施の形態に関係する図を示すものである。図６および図７を用いて、無給電素子をもちいて複数の周波数で共振させる動作原理について説明する。図６のように片側を短絡した無給電素子を併設すると、前記無給電素子の長さが約１／４波長に相当する任意の周波数で前記無給電素子を共振させることが出来る。図７は給電素子３１と片側短絡無給電素子８１との間隔を変えたときの、入力インピーダンスの変化を示す図である。右側の図がＶＳＷＲと周波数の関係を示す図で、Ｃ−Ｃ’に示すＶＳＷＲ＝３の線を高い周波数で下回る部分Ｆ２が片側短絡無給電素子により生じた共振である。図７（ａ）は給電素子３１と片側短絡無給電素子の間隔が１．０ｍｍのときのＶＳＷＲ変化を示しているが、一方図７（ｂ）の給電素子３１と片側短絡無給電素子の間隔が１．５ｍｍのときのＶＳＷＲ変化では共振周波数Ｆ２の時のＶＳＷＲの値は高くなり、図７（ｃ）ではさらに高くなっている。このことから、無給電素子は給電素子との間隔が小さいほど放射電力が大きくなることがわかる。つまり、１．５ＧＨｚで２ｍｍ以下つまり０．１波長以下に給電素子３１と片側短絡無給電素子の間隔を近づけることによって、２周波で共振するアンテナを実現し課題を解決できることがわかった。
【００７３】
図１２に示す実施例はトップロード電極１１、給電素子３１、短絡導体３２、地板導体１４、折り曲げ形状の片側短絡１／４波長無給電素子１２１から構成される。
【００７４】
第１の実施の形態との違いは、折り曲げ形状の片側短絡１／４波長無給電素子１２１を有することである。この折り曲げ形状の片側短絡１／４波長無給電素子１２１は課題を解決する手段の項で前述したように給電素子３１およびトップロード電極１１からの誘導電流によりアンテナとして機能する。折り曲げ形状の片側短絡１／４波長無給電素子１２１の共振の中心周波数は任意に設定することが出来る。この時の折り曲げ形状の片側短絡１／４波長無給電素子１２１の長さは所望の共振の中心周波数の波長に対して１／４波長となることが望ましい。
【００７５】
折り曲げ形状の片側短絡１／４波長無給電素子１２１の巾を変化させたときのインピーダンス変化を図１３に示す。図１３（ａ）が巾３ｍｍ、（ｂ）が巾５ｍｍ、（ｃ）が巾７ｍｍの場合である。ＶＳＷＲと周波数の関係を見ると、ＶＳＷＲ＝３の位置を無給電素子による共振周波数Ｆ２で下回る部分は（ａ）の巾３ｍｍでは下がりきらず（ｂ）の巾５ｍｍ以降で生じることがわかる。（ａ）の場合を境界線と考えて、折り曲げ形状の片側短絡１／４波長無給電素子１２１は１．５ＧＨｚ帯において巾３ｍｍ以上つまり０．１５波長以上であればよいことがわかった。
【００７６】
折り曲げ形状の片側短絡１／４波長無給電素子１２１は図１２に示すように複数回折り曲げられた形状でも良いし、図６の６１にしめすように１度だけ折り曲げられた形状でも良い。
【００７７】
図１４に示すのは、本実施例の異なる構成である。ここでは、折り曲げ形状の片側短絡１／４波長無給電素子１２１ではなく、両側開放の１／２波長無給電素子１４１である。この両側開放の１／２波長無給電素子１４１においても、トップロード電極１１からの誘導電流によりアンテナとして機能する。この両側開放の１／２波長無給電素子１４１の長さは１／２波長となるのが望ましい。なぜなら、両方の端部が開放されているため両端での電流がゼロとなり、両側開放の１／２波長無給電素子１４１の中央の電流が最大となる。これは１／２波長の時に共振となる条件だからである。
【００７８】
さらに図１５に折り曲げ形状の片側短絡１／４波長無給電素子１２１を用い、折り曲げたトップロード電極とした構成として示した。図１５の形状とすることで、小型で２つの周波数に共振を有するモノポールアンテナを実現できる。
【００７９】
ここでは、給電素子３１、短絡導体３２として、断面の外周長が０．０３波長以上の場合について説明したが、断面の外周長が０．０３波長以下の場合においても同様の効果が得られる。
【００８０】
さらに、短絡導体３２がない場合においても折り曲げ形状の片側短絡１／４波長無給電素子１２１または両側開放の１／２波長無給電素子１４１を設けることで２周波化が図れる。
【００８１】
さらに、折り曲げ形状の片側短絡１／４波長無給電素子１２１または両側開放の１／２波長無給電素子１４１を複数設置することで、２周波数以上、たとえば３周波数、４周波数に適合するダイポールアンテナ装置を提供することができる。
【００８２】
（実施の形態６）
車内設置に関しては、小型のアンテナ形状とすることで解決する。本発明のアンテナは９００ＭＨｚの共振周波数で、高さ２０ｍｍ、巾３０ｍｍ、奥行き３０ｍｍの大きさで実現できる。従来技術においては同じ共振周波数において高さ４０ｍｍ、巾、奥行きは６０ｍｍ程度の大きさであった。小型化することでアンテナ下方に必要となる地板導体の寸法を小さくすることができ、それにより地板導体の面積の小さい車内においても設置することが出来る。図１６、１７は本発明によるモノポールアンテナの第６の実施の形態に関係する図を示すものである。図１６に示すのは車内における本発明のアンテナ１６１の設置方法である。本発明のアンテナは車内のリアウインドー１６５側に設置する。この時、無線装置１６３は車内に置き、無線装置１６３と本発明のアンテナ１６１は接続ケーブル１６２で接続する。本発明のアンテナ１６１は短絡導体３２を有している。図１７に本発明のアンテナの水平面の指向性を示す。この図１７に示すように、短絡導体３２と給電素子３１を結んだ線と直交する方向に感度が高くなるので、この方向がリアウインドー１６５側になるように位置させることで車両の前後方向の感度が高くなる。
【００８３】
本発明のアンテナは従来のトップロード型モノポールアンテナに比べトップロード電極１１が小さくなるため地板導体１４の必要となる大きさも小さくできる。それにより、車内設置に適している。車内に置くことで接続ケーブル１６２も短くでき、接続ケーブル１６２による車両ノイズ混入の確率を抑えさらに信号の劣化も抑えることが出来る。
【００８４】
さらに、本発明のアンテナ１６１はフロントウインドー１６４側に位置しても良い。
【００８５】
（実施の形態７）
図１７は本発明によるモノポールアンテナの第７の実施の形態に関係する図を示すものである。図１７に示すのは本発明のアンテナ１６１を車内に２つ配置するときの設置方法である。本発明の実施例６と異なり、２つのアンテナを設置する時には、１つはフロントウインドー１６４寄りに設置し、他方はリアウインドー１６５寄りに設置する。車両両サイド方向へも本発明のアンテナ１６１が２つあることで高い指向性が得られるので、車両に対し全方向に高い指向性を得ることが出来る。
【００８６】
ここで、フロントウインドー１６４方向およびリアウインドー１６５方向に各２つずつのアンテナを設置した場合は、同じウインドー側にあるアンテナ間の距離の差によって、ダイバーシチー効果が得られ、より安定した感度が期待できる。
【００８７】
（実施の形態８）
図１８は本発明によるモノポールアンテナの第８の実施の形態に関係する図を示すものである。図１９に示すのは本発明のアンテナ１６１を車内あるいは車外に設置するときに目立たなく設置するための設置方法である。本発明のアンテナ１６１を窪み１９１内に設置し、レドーム１９２を被せる。レドーム１９２は導電体以外の材料で作成する。
【００８８】
【発明の効果】
これまで、述べたように本発明によれば、低背形状で整合が可能なモノポールアンテナを提供できる。
【００８９】
さらに本発明によれば、トップロード部の電極が小さなモノポールアンテナを提供できる。
【００９０】
さらに本発明によれば、広帯域な低背形状のモノポールアンテナを提供できる。
【００９１】
さらに本発明によれば、車内設置が可能なモノポールアンテナを提供できる。
【００９２】
さらに本発明によれば、目立たず設置可能なモノポールアンテナを提供できる。
【００９３】
以上のことから、　本発明によって低背形状で車内置きに適したモノポールアンテナを提供でき、車両の方向によらず高い感度を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のアンテナの構成を示す図
【図２】本発明のアンテナの電流の概念図
【図３】本発明のアンテナの電流を平衡系と不平衡系に分けた概念図
【図４】給電素子の直径を変化したときのインピーダンスの変化を示す図
【図５】短絡導体の直径を変化したときのインピーダンス変化を示す図
【図６】本発明の２共振アンテナの構成図
【図７】給電素子と片側短絡無給電素子の間隔を変えたときの入力インピーダンスの変化を示す図
【図８】本発明の第１の実施の形態のモノポールアンテナの斜視図
【図９】本発明の第２の実施の形態のモノポールアンテナの斜視図
【図１０】本発明の第３の実施の形態のモノポールアンテナの斜視図
【図１１】本発明の第４の実施の形態のモノポールアンテナの斜視図
【図１２】本発明の第５の実施の形態のモノポールアンテナの斜視図
【図１３】片側短絡無給電素子の巾を変えたときの入力インピーダンスの変化を示す図
【図１４】本発明の第５の実施の形態のモノポールアンテナの斜視図
【図１５】本発明の第５の実施の形態のモノポールアンテナの斜視図
【図１６】本発明の第６の実施の形態の通信システムの構成を示す図
【図１７】本発明の第７の実施の形態のアンテナの水平面指向性を示す図
【図１８】本発明の第８の実施の形態の通信システムの構成を示す図
【図１９】本発明の第８の実施の形態の通信システムの構成を示す図
【図２０】従来のトップロード型モノポールアンテナを示す図
【図２１】従来の２共振トップロード型モノポールアンテナを示す図
【符号の説明】
１１　トップロード電極
１２　給電素子
１３　短絡導体
１４　地板導体
１５　給電点
１６　同軸ケーブル中心導体
１７　同軸ケーブル地板導体
２１　輪状素子
２２　反共振回路
３１　直径０．０１波長以上の給電素子
３２　直径０．０１波長以上の短絡導体
６１　片側短絡１／４波長無給電素子
８１　方形のトップロード電極
９１　折り曲げ形状のトップロード電極
１０１　円形地板導体
１１１　インピーダンス調整用タップ
１２１　折り曲げ形状の片側短絡１／４波長無給電素子
１４１　両側開放の１／２波長無給電素子
１６１　本発明のアンテナ
１６２　接続ケーブル
１６３　無線装置
１６４　フロントウインドー
１６５　リアウインドー
１９１　窪み
１９２　レドーム

Claims

地板導体と、上記地板導体と対向して設けられトップローディング部を構成する電極と、給電点と上記電極とを接続する給電素子と、上記電極と上記地板導体とを接続するための短絡導体を備えたトップローディング型モノポールアンテナ装置において、上記線状素子は断面の外周長が０．０３波長以上であることを特徴とするモノポールアンテナ装置。
地板導体と、上記地板導体と対向して設けられトップローディング部を構成する電極と、給電点と上記電極とを接続する給電素子と、上記電極と上記接続導体とを接続するための短絡導体を備えたトップローディング型モノポールアンテナ装置において、上記短絡導体は断面の外周長が０．０３波長以上であることを特徴とするモノポールアンテナ装置。
地板導体と、上記地板導体と対向して設けられトップローディング部を構成する電極と、給電点と上記電極とを接続する給電素子と、上記電極と上記接続導体とを接続するための短絡導体を備えたトップローディング型モノポールアンテナ装置において、上記給電素子および上記短絡導体は断面の外周長が０．０３波長以上であることを特徴とするモノポールアンテナ装置。
上記トップローディング部を構成する電極は折り曲げ部を有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のモノポールアンテナ装置。
上記トップローディング部を有する電極は方形であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のモノポールアンテナ装置。
上記給電点に対して、上記地板導体上に設けた整合回路を介して接続することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のモノポールアンテナ装置。
上記地板導体は円形平板形状であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のモノポールアンテナ装置。
上記給電導体の両端の間に位置する中間位置と、上記地板導体とを接続するための短絡制御導体をさらに備えたことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のモノポールアンテナ装置。
地板導体と、上記地板導体と対向して設けられトップローディング部を構成する電極と、給電点と上記電極とを接続する給電素子と、一端が上記地板導体に接続する第１の導体板を備えたトップローディング型モノポールアンテナ装置であって、第１の導体板は、上記線状素子および上記短絡導体に対し平行な部分を有することを特徴するモノポールアンテナ装置。
地板導体と、上記地板導体と対向して設けられトップローディング部を構成する電極と、給電点と上記電極とを接続する給電素子と、上記地板導体および上記電極と平行な第２の導体板を備えたトップローディング型モノポールアンテナ装置。
第１の導体板は前記第１の導体板の共振周波数の波長に対し巾０．０１波長以上であることを特徴とする請求項９記載のモノポールアンテナ装置。
第１の導体板と前記給電導体の間隔は記第１の導体板の共振周波数の波長に対し０．０１波長以内であることを特徴とする請求項９記載のモノポールアンテナ装置。
第１の導体板は前記アンテナ装置の動作中心周波数における１／４波長の長さであることを特徴とする請求項９記載のモノポールアンテナ装置。
第２の導体板は前記アンテナ装置の動作中心周波数における１／２波長の長さであることを特徴とする請求項１０記載のモノポールアンテナ装置。
一端が上記地板導体に接続する第１の導体板であって、第１の導体板は、上記線状素子および上記短絡導体に対し平行であって、上記電極に対して平行に併設することを特徴する第１の導体板を備えた請求項１から８のいずれかに記載のモノポールアンテナ装置。
上記地板導体および上記電極と平行な第２の導体板を備えることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のモノポールアンテナ装置。
第１の導体板は前記第１の導体板の共振周波数の波長に対し巾０．０１波長以上であることを特徴とする請求項１５記載のモノポールアンテナ装置。
第１の導体板と前記給電導体の間隔は記第１の導体板の共振周波数の波長に対し０．０１波長以内であることを特徴とする請求項１５記載のモノポールアンテナ装置。
第１の導体板は前記アンテナ装置の動作中心周波数における１／４波長の長さであることを特徴とする請求項１５記載のモノポールアンテナ装置。
第２の導体板は前記アンテナ装置の動作中心周波数における１／２波長の長さであることを特徴とする請求項１６記載のモノポールアンテナ装置。
車両内部に設置された受信機と、車両ルーフまたはトランクルーフ上に設置され、かつ上記の受信機に接続された請求項１から２０のいずれかに記載のモノポールアンテナ装置を用いた通信システム。
車両内部に設置された受信機と、上記車両内部に設置され、かつ上記の受信機に接続された請求項１から２０のいずれかに記載のモノポールアンテナ装置を用いた通信システム。
上記モノポールアンテナ装置を、上記車両のフロントウインドまたはリアウインド近傍に設置するときにそれぞれ、上記モノポールアンテナの短絡導体と上記給電素子を結ぶ方向と直交する方向に、上記フロントウインドまたは上記リアウインドが位置するように上記モノポールアンテナ装置を設置したことを特徴とする請求項２２記載の通信システム。
上記車両内に凹部を形成し、上記凹部内に上記モノポールアンテナ装置を設置し、上記凹部の開口部をレドームにより覆うことを特徴とする請求項２０から２３のいずれかに記載の通信システム。