JP2000506705A - 偏平状のアンテナを自動車のウィンドウの内側に取り付けるためのアンテナ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 車両機器と、車両外部の送信機器および／または受信機器との間の、特にＧＨｚの範囲の周波数における無線通信を目的とした、偏平状のアンテナ２を自動車のウィンドウ３の内側に取り付けるためのアンテナ装置において、アンテナ２の指向特性が、ウィンドウ３の誘電率と空気の誘電率との間の誘電率を有する誘電中間素子４を挿入することによって、より大きな放射角もしくは受信角にわたって僅かな減衰がより均一に行われる方向に影響を受ける。さらに有利には、ウィンドウとアンテナとの間の間隔が減小される。

Description

【発明の詳細な説明】 偏平状のアンテナを自動車のウィンドウの内側に 取り付けるためのアンテナ装置 本発明は、車両機器と、車両外部の送信機器および／または受信機器との間の 、特にＧＨｚの範囲の周波数における無線通信を目的とした、偏平状のアンテナ を自動車のウィンドウの内側に取り付けるためのアンテナ装置に関する。 このようなアンテナ装置は例えば交通誘導技術システムにおいて、車両と走行 区間に沿ったインフラストラクチャとの間のデジタル通信のために必要となる。 この場合、インフラストラクチャは道路に沿った定置のビーコンから成っている 。このようなビーコンと通信するために、車両は車両機器（ＯＢＵ−オンボード ユニット）を有している。このような車両機器は、大量生産品としてできる限り 低いコストで構成されるようになっている。最も簡単な場合、車両機器は、受動 トランスポンダから成っている。この受動トランスポンダは、搬送周波数におい ていかなる不減衰振動をも生ぜしめることはない。必要な送信出力はビーコン信 号から得られ、車両機器は受信信号の変調だけを行う。デジタル通信はビーコン から車両機器への伝送（ダウンリンク）と、引き続き行われる、車両機器からビ ーコンへの応答通信（アップリンク）とによって行われる。 車両ボデーは不可避の電磁波シールドを生ぜしめるので、少なくとも車両機器 のアンテナを自動車のウインドウ、有利にはウィンドシールドつまりフロントウ ィンドウに固定することが有利である。しかしながらこのことから、アンテナエ レメントの機能のための問題が生じる。通常はガラスから成るウィンドウ、つま り、７の範囲内の比較的高い誘電率を有するウィンドウの存在により、ウィンド ウとアンテナとの間の仕切り面、もしくはこれらの間に位置する空隙に反射が生 じる。このような反射によって、アンテナとウィンドウとの間の間隙は共振器の ように作用する。従って、ウィンドウとアンテナとの間の間隔を半波長に合わせ ると有利である。これにより、提案された搬送周波数が５．８ＧＨｚの場合、約 ２５ｍｍの間隔が生じる。このような間隔は伝送減衰を最小にする。しかしなが ら、この場合に生じる指向特性が、側方に向かって著しく狭められ、ひいては狭 い主ローブが生じる。これにより、車両の傾斜走行時またはフロントウィンドウ が極端に傾斜している場合に指向性が著しく失われる。 さらに、ウィンドウはアンテナの共振周波数を変化させる。円偏波アンテナに とっては、いわゆる直交偏波減結合（Kreuzpolarisationsentkopplung）の著し い 悪化が生じるおそれがある。 さらに、車両機器が２つのアンテナを有しており、これらのうちの一方が受信 のために、他方が受信信号の再送信のために役立つことが公知である。ウィンド ウに生じる反射によって、両アンテナの相互の結合が生じるおそれがある。これ により場合によっては車両機器の能動部分の振動が発生するおそれもある。 本発明の課題は、車両外部の送信機器および受信機器との通信の確実性が得ら れるようにアンテナ装置を改良することである。 この課題を解決するために本発明の構成では、冒頭で述べた形式のアンテナ装 置において、アンテナとウィンドウとの間に、誘電体中間素子が挿入されていて 、該誘電体中間素子が、アンテナの指向特性に影響を与えるために、ウィンドウ の誘電率と空気の誘電率との間の誘電率を有しているようにした。 ウィンドウとアンテナとの間に挿入された中間素子により、ウィンドウとアン テナとの間、もしくは、ウィンドウと空気との間および空気とアンテナとの間の 移行時に発生する反射成分が著しく減じられる。それというのは、相異なる層相 互間の誘電係数の飛躍が減じられるからである。さらに、誘電体中間素子は、そ の側方の制限に基づき、アンテナの指向特性に影響を与えるためにも役立つ。板 状の中間素子を使用することによって、ウィンドウによって指向特性が狭められ ることをほぼ完全に相殺することできるので、ウィンドウの介在がない場合と同 様にアンテナを用いた通信が可能となることが判った。さらに中間素子の使用に よって、アンテナとウィンドウとの間の必要な間隔を減じることができる。それ というのは、中間素子の誘電率に基づき、同じ電気的な間隔が、より小さな機械 的な間隔において達成されるからである。 ウィンドウとアンテナとの間の電気的に有効な間隔が半波長の数倍に調節され ると有利である。この場合、事実上一般的には、半波長によって最小間隔が得ら れることが望ましい。 さらに、構造上の理由から有意義であると思われる場合には、中間素子と、ウ ィンドウおよび／またはアンテナとの間に空隙を設けることも考えられる。 中間素子を多数の部分で、同じオーダの誘電率を有する種々異なる層から形成 することも考えられる。このようにすれば、例えば車両機器の薄いケーシング壁 をアンテナとウィンドウとの間に挿入することができる。この場合側方の制限は 、中間素子の残された部分によってのみ生ぜしめられる。 中間素子は、３〜５、有利には約４の誘電率を備えたプラスチックから成って いると有利である。 中間素子は板の形で形成されてよい。この中間素子の形状は偏平状のアンテナ の形状に相当していると有利である。しかしながら、円筒板状の中間素子が、ア ンテナに向いたその表面がアンテナの表面よりも僅かに大きいように寸法設定さ れていると、通常の場合は有利である。この場合、中間素子の表面はアンテナの 表面の大きさの２倍よりは大きくないのが望ましい。 本発明によるアンテナ装置は、車両機器に複数のアンテナが設けられている場 合にも実現することができる。その場合、各アンテナに１つの中間素子が対応し ている。これらのアンテナは１つの共通の支持プレートに配置されていると有利 である。 本発明の実施例を図面につき以下に詳しく説明する。 第１図は、本発明によるアンテナ装置を概略的に示す断面図である。 第２図は、本発明によるアンテナ装置の指向特性を、従来の装置およびウイン ドウなしのアンテナ装置と比べて示した図である。 第１図からは、支持プレート１に偏平状のアンテナ２が、例えばほぼ円形のア ンテナエレメントとして取り付けられているのが判る。アンテナ２と自動車のウ ィンドウ３との間には中間素子４が挿入されている。この中間素子は、図示の実 施例では、円筒形のプラスチック板として、ほぼ４の誘電率を有するように構成 されている。中間素子４の厚さは、アンテナ２とウィンドウ３との間の間隔が電 気的に半波長に相当するように選択されている。従って、ほぼ４の誘電率に基づ き、５．８ＧＨｚの搬送周波数のための厚さはほぼ１２ｍｍである。 第１図から判るように、中間素子４の直径は、アンテナ２の直径よりも僅かに 大きい。この場合、アンテナ２に向いた、中間素子４の接触面は、アンテナ２の 表面の２倍よりは大きくない。 第２図は３つの指向特性Ａ，Ｂ，Ｃを示している。 指向特性Ａはウィンドウ３が介在しない偏平状のアンテナ２に当てはまる。こ の指向特性Ａから、斜めに入射する電磁波のためにも良好な受信・送信結果が達 成されることが判る。それというのは、著しい減衰が、偏平状のアンテナ２の表 面への極めて鋭角的な入射角において初めて発生するからである。 これに対して偏平状のアンテナ２がウィンドウ３の背後に、例えば、半波長の 間隔を置いて取り付けられている場合、曲線Ｂに基づく指向特性が生ぜしめられ る。このような曲線が意味するのは、直角の入射方向から比較的僅かにずれただ けで既に著しい減衰が発生するので、比較的傾斜したフロントウィンドウまたは 他の理由から斜めに入射する信号が既に、通信を持続的に妨げるおそれがあると いうことである。 これに対してアンテナ２とウィンドウ３との間に、誘電体中間素子４が挿入さ れている場合、質的に見てほぼ曲線Ａに相当する曲線Ｃが生ぜしめられる。これ により、ウィンドウ３の存在によって生じる指向特性 の悪化（曲線Ａから曲線Ｂへの移行）が、誘電体中間素子４の挿入により補償さ れる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９８年３月２１日（１９９８．３．２１） 【補正内容】 明細書 偏平状のアンテナを自動車のウィンドウの内側に 取り付けるためのアンテナ装置 本発明は、請求項１の上位概念に記載の形式の、車両機器と、車両外部の送信 機器および／または受信機器との間の、特にＧＨｚの範囲の周波数における無線 通信を目的とした、偏平状のアンテナを自動車のウィンドウの内側に取り付ける ためのアンテナ装置に関する。このようなアンテナ装置は英国特許第２２９０４ １７号明細書に基づき公知である。 このようなアンテナ装置は例えば交通誘導技術システムにおいて、車両と走行 区間に沿ったインフラストラクチャとの間のデジタル通信のために必要となる。 この場合、インフラストラクチャは道路に沿った定置のビーコンから成っている 。このようなビーコンと通信するために、車両は車両機器（ＯＢＵ−オンボード ユニット）を有している。このような車両機器は、大量生産品としてできる限り 低いコストで構成されるようになっている。最も簡単な場合、車両機器は、受動 トランスポンダから成っている。この受動トランスポンダは、搬送周波数におい ていかなる不減衰振動をも生ぜしめることはない。必要な送信出力はビーコン信 号から得られ、車両機器は受信信号の変調だけを行う 。デジタル通信はビーコンから車両機器への伝送（ダウンリンク）と、引き続き 行われる、車両機器からビーコンへの応答通信（アップリンク）とによって行わ れる。 車両ボデーは不可避の電磁波シールドを生ぜしめるので、少なくとも車両機器 のアンテナを自動車のウィンドウ、有利にはウィンドシールドつまりフロントウ ィンドウに固定することが有利である。しかしながらこのことから、アンテナエ レメントの機能のための問題が生じる。通常はガラスから成るウィンドウ、つま り、７の範囲内の比較的高い誘電率を有するウィンドウの存在により、ウィンド ウとアンテナとの間の仕切り面、もしくはこれらの間に位置する空隙に反射が生 じる。このような反射によって、アンテナとウィンドウとの間の間隙は共振器の ように作用する。従って、ウィンドウとアンテナとの間の間隔を半波長に合わせ ると有利である。これにより、提案された搬送周波数が５．８ＧＨｚの場合、約 ２５ｍｍの間隔が生じる。このような間隔は伝送減衰を最小にする。しかしなが ら、この場合に生じる指向特性が、側方に向かって著しく狭められ、ひいては狭 い主ローブが生じる。これにより、車両の傾斜走行時またはフロントウィンドウ が極端に傾斜している場合に指向性が著しく失われる。 さらに、ウィンドウはアンテナの共振周波数を変化 させる。円偏波アンテナにとっては、いわゆる直交偏波減結合(Kreuzpolarisati onsentkopplung)の著しい悪化が生じるおそれがある。 さらに、車両機器が２つのアンテナを有しており、これらのうちの一方が受信 のために、他方が受信信号の再送信のために役立つことが公知である。ウィンド ウに生じる反射によって、両アンテナの相互の結合が生じるおそれがある。これ により場合によっては車両機器の能動部分の振動が発生するおそれもある。 英国特許第２２９０４１７号明細書に基づき公知の装置は、アンテナとウィン ドウとの間に誘電体層を有している。この誘電体層の寸法は、アンテナエレメン トの寸法に比べて大きい。これにより主ローブ幅には誘電体層の誘電率を変える ことによってしか影響を与えることができない。表面波を抑制するために、この 公知の装置では、付加的な金属リングが必要である。アンテナエレメントに対し て直角の方向には波は案内されていない。 ドイツ連邦共和国特許出願公開第３８３４０７５号明細書、および、「ＩＥＥ Ｅ トランスアクションズ オン アンテナズ アンド プロパゲイション(Tra nsactions on Antennas and Propagation)」(第４２巻第２号、１９９４年２月 １日、第２６０〜２６４頁)に基づく装置は、アンテナエレメントおよびウィン ドウとの間に誘電体層を備えた装置を開示している。こ れらの公知の装置はやはり簡単には後から取り付けることはできない。誘電体層 の寸法決めにより主ローブに影響を与えようとすることは明らかとされていない 。 従って本発明の課題は、車両外部の送信機器および受信機器との通信の確実性 が得られるようにアンテナ装置を改良することである。この課題は、本発明に基 づき、請求項１の特徴を有するアンテナ装置によって解決される。 ウィンドウとアンテナとの間に挿入された中間素子により、ウィンドウとアン テナとの間、もしくは、ウィンドウと空気との間および空気とアンテナとの間の 移行時に発生する反射成分が著しく減じられる。それというのは、相異なる層相 互間の誘電係数の飛躍が減じられるからである。さらに、誘電体中間素子は、そ の側方の制限に基づき、アンテナの指向特性に影響を与えるためにも役立つ。板 状の中間素子を使用することによって、ウィンドウによって指向特性が狭められ ることをほぼ完全に相殺することできるので、ウィンドウの介在がない場合と同 様にアンテナを用いた通信が可能となることが判った。さらに中間素子の使用に よって、アンテナとウィンドウとの間の必要な間隔を減じることができる。それ というのは、中間素子の誘電率に基づき、同じ電気的な間隔が、より小さな機械 的な間隔において達成されるからである。 ウィンドウとアンテナとの間の電気的に有効な間隔４が半波長の数倍に調節さ れると有利である。この場合、事実上一般的には、半波長によって最小間隔が得 られることが望ましい。 さらに、構造上の理由から有意義であると思われる場合には、中間素子と、ウ ィンドウおよび／またはアンテナとの間に空隙を設けることも考えられる。 中間素子を多数の部分で、同じオーダの誘電率を有する種々異なる層から形成 することも考えられる。このようにすれば、例えば車両機器の薄いケーシング壁 をアンテナとウィンドウとの間に挿入することができる。この場合側方の制限は 、中間素子の残された部分によってのみ生ぜしめられる。 請求の範囲 1. 車両機器と、車両外部の送信機器および／または受信機器との間の、特にＧ Ｈｚの範囲の周波数における無線通信を目的とした、偏平状のアンテナ（２）を 自動車のウィンドウ（３）の内側に取り付けるためのアンテナ装置であって、ア ンテナ（２）とウィンドウ（３）との間に、誘電体中間素子（４）が挿入されて いて、該誘電体中間素子が、アンテナ（２）の指向特性に影響を与えるために、 ウィンドウ（３）の誘電率と空気の誘電率との間の誘電率を有している形式のも のにおいて、 アンテナ（２）に向いた、中間素子（４）の表面が、アンテナ（２）の表面 よりも僅かに大きいがしかし、アンテナ（２）の表面の２倍よりは大きくないこ とを特徴とする、偏平状のアンテナを自動車のウィンドウの内側に取り付けるた めのアンテナ装置。 2. ウィンドウ（３）とアンテナ（２）との間の電気的に有効な間隔が、波長の ほぼｎ・１／２に調節されており、この場合ｎはＯ以上の自然数である、請求項 １記載のアンテナ装置。 3. 中間素子（４）と、ウィンドウ（３）および／またはアンテナ（２）との間 に空隙が設けられている、請求項１または２記載のアンテナ装置。 4. 中間素子（４）が、同じオーダの誘電率を有する種々の層から、複数の部分 で形成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のアンテナ装置。 5. 中間素子（４）が、３〜５の誘電率を有するプラスチックから成っている、 請求項１から４までのいずれか１項記載のアンテナ装置。 6. 誘電率がほぼ４である、請求項５記載のアンテナ装置。 7. 中間素子（４）が、板の形で形成されている、請求項１から６までのいずれ か１項記載のアンテナ装置。 8. 中間素子（４）の形状が、偏平状のアンテナ（２）の形状に相応している、 請求項１から７までのいずれか１項記載のアンテナ装置。 9. ウィンドウ（３）に、それぞれ１つの中間素子（４）を介して、少なくとも ２つのアンテナ（２）が配置されている、請求項１から８までのいずれか１項記 載のアンテナ装置。 10．前記少なくとも２つのアンテナ（２）が、共通の１つの支持プレート（１） に配置されている、請求項９記載のアンテナ装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マティアス バルコヴ ドイツ連邦共和国 Ｄ―33442 ヘルツェ ブロック―クラーホルツ ヘーゲルヴェー ク ４ (72)発明者 ゲオルク フィッシャー ドイツ連邦共和国 Ｄ―33106 パーダー ボルン フェーレンヴェーク ４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. 車両機器と、車両外部の送信機器および／または受信機器との間の、特にＧ Ｈｚの範囲の周波数における無線通信を目的とした、偏平状のアンテナ（２）を 自動車のウィンドウ（３）の内側に取り付けるためのアンテナ装置において、 アンテナ（２）とウィンドウ（３）との間に、誘電体中間素子（４）が挿入 されていて、該誘電体中間素子が、アンテナ（２）の指向特性に影響を与えるた めに、ウィンドウ（３）の誘電率と空気の誘電率との間の誘電率を有しているこ とを特徴とする、偏平状のアンテナを自動車のウィンドウの内側に取り付けるた めのアンテナ装置。 2. ウィンドウ（３）とアンテナ（２）との間の電気的に有効な間隔が、波長の ほぼｎ・１／２に調節されており、この場合ｎは０以上の自然数である、請求項 １記載のアンテナ装置。 3. 中間素子（４）と、ウィンドウ（３）および／またはアンテナ（２）との間 に空隙が設けられている、請求項１または２記載のアンテナ装置。 4. 中間素子（４）が、同じオーダの誘電率を有する種々の層から、複数の部分 で形成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のアンテナ装置。 5. 中間素子（４）が、３〜５の誘電率を有するプラスチックから成っている、 請求項１から４までのいずれか１項記載のアンテナ装置。 6. 誘電率がほぼ４である、請求項５記載のアンテナ装置。 7. 中間素子（４）が、板の形で形成されている、請求項１から６までのいずれ か１項記載のアンテナ装置。 8. 中間素子（４）の形状が、偏平状のアンテナ（２）の形状に相応している、 請求項１から７までのいずれか１項記載のアンテナ装置。 9. アンテナ（２）に向いた、中間素子（４）の表面が、アンテナ（２）の表面 よりも僅かに大きい、請求項１から８までのいずれか１項記載のアンテナ装置。 10．ウィンドウ（３）に、それぞれ１つの中間素子（４）を介して、少なくとも ２つのアンテナ（２）が配置されている、請求項１から９までのいずれか１項記 載のアンテナ装置。 11．前記少なくとも２つのアンテナ（２）が、共通の１つの支持プレート（１） に配置されている、請求項１０記載のアンテナ装置。