JP2002246817A - 車載通信装置用のアンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ガラスを介した外部装置との通信を前提としな
がら、ガラスの存在によって生じるアンテナ利得の低下
などの悪影響を極力防止する。 【解決手段】放射器３１から放射されてフロントガラス
５に入射する入射波４１は、車内側境界面５１で反射す
る反射波４２とフロントガラス５の内部を透過する透過
波４３とに分かれ、反射波４２は放射器３１に結合し再
放射する再放射波４７と高周波基板２１で反射する反射
波４６とに分かれる。これらの動作の繰り返しの結果、
車載無線機用アンテナ３４とフロントガラス５との間で
定在波が生じ、車載無線機用アンテナ３４の利得は車載
無線機用アンテナ３４とフロントガラス５との間の距離
Ｌに依存して、（ｂ）に示すような一定の規則性を示
す。この点を考慮し、（ｂ）において相対利得が極大値
あるいは極大近傍点となるように、車載無線機用アンテ
ナ３４とフロントガラス５間の距離Ｌを配慮した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばＥＴＣ（有
料道路における自動料金収受システム）などのシステム
を利用するために車両に搭載される通信装置用のアンテ
ナに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、車載装置と外部装置との間で
電波を用いた通信を行って車両の走行をより円滑にする
ためのシステムとして、例えばＧＰＳやＶＩＣＳ、ＥＴ
Ｃなどが挙げられる。これらのシステムを利用するため
に車両側に搭載する通信装置の内、コントロールユニッ
トは、特段その位置が限定されないが、アンテナは、外
部装置からの電波を受信したり、逆に外部装置へ電波を
送信する必要があるため、例えばダッシュボード上に取
り付けられることが多い。

【０００３】このアンテナの取り付けに際しては、ダッ
シュボード周りに取り付けられる機器（例えばエアバッ
グやディスプレイその他）の邪魔にならないようにする
といった考慮がなされている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
のアンテナは車両内に配置されることを前提とするた
め、車両のフロントガラスを介して外部装置と通信する
ことになり、車外に配置されて自由空間で通信する場合
にはない次の問題にも着目する必要がある。それは、ガ
ラスによる電波の反射を原因とする受信電力の低下であ
る。例えば送信アンテナから放射された電波はガラスを
透過して外部へ放射されるが、ガラスの境界面で反射し
て反射波も生じる。この反射波と送信アンテナからの放
射波とが干渉することで、アンテナ利得を低下させてし
まう可能性がある。受信する場合も同様であり、そこで
本発明は、このようにガラスを介して外部装置と通信す
ることを前提としたアンテナに関して、ガラスの存在に
よって生じるアンテナ利得の低下などの悪影響を極力防
止することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段及び発明の効果】上記目的
を達成するためになされた請求項１記載の車載通信装置
用のアンテナは、ガラスを介して外部装置との間で電波
の送信又は受信の少なくともいずれか一方を行うのであ
るが、ガラスとの距離Ｌが、Ｌ≒｛（λ／２）α｝Ｎと
なるように配置されている。つまり、２分の１波長に補
正定数を乗じた値の正の整数倍近傍の距離だけガラスか
ら離して配置する。

【０００６】このように配置した理由を説明する上で
は、定在波による影響を考える必要がある。例えば高周
波基板上に送信アンテナ用の放射器が配置されていたと
すると、その放射器から放射した電波は上述したように
ガラスの境界面で反射する。そして、その反射波は放射
器に結合し再放射する再放射波と高周波基板で反射する
反射波に分かれる。これらの電波は、以降、境界面にお
いて同じ動作を繰り返すため、結果的に送信アンテナと
ガラスとの間の空間には定在波が生じる。この定在波に
よって、アンテナ利得は、送信アンテナとガラスとの間
の距離Ｌに依存することとなり、図３（ｂ）に示すよう
な一定の規則性を示す。図３（ｂ）は、送信アンテナの
正面方向の利得と上記距離Ｌの関係を測定した結果の一
例である。縦軸の利得は送信アンテナを自由空間に設置
した時の利得で正規化してあり、横軸の距離Ｌは波長で
正規化してある。図３（ｂ）中で○で示した極大値は、
放射波と反射波が同位相となり加算されて利得が高くな
っている。これはＬ＝｛（λ／２）α｝Ｎの場合であ
る。一方、図３（ｂ）中で△で示した極小値は、放射波
と反射波が逆位相となり減算されて利得が低くなってい
る。これはＬ＝｛（λ／２）α｝（Ｎ−０．５）の場合
である。

【０００７】このような知見に基づいて、利得が極大値
あるいは極大近傍値を取るような距離Ｌにアンテナを配
置して、アンテナ利得の低下を極力防止するようにした
のである。なお、実際問題としては、この定在波による
悪影響は、特に電波の波長が短い場合に顕著に生じる。
つまり、アンテナはガラスからそんなに離して配置する
ことはなく、具体的には、例えば２００ｍｍ以上離され
て配置されることは少ないと考えられる。したがって、
１波長が長ければ（例えば１ＭＨｚの電波であれば１波
長が自由空間で約３００ｍ）、放射波と反射波の位相の
違いは無視できる。しかしながら、例えばＥＴＣにおい
て採用されているＤＳＲＣ（Dedicated Sort-Range Com
munication）無線方式で用いられる例えば５．８ＧＨｚ
の電波であると１波長（λ）が約５０ｍｍと短くなり、
アンテナ−ガラス間距離Ｌが上述した２００ｍｍ程度ま
での場合、アンテナ−ガラス間に複数波長が存在し得る
距離となる。そのため、上述したように位相が逆になっ
た場合には利得の低下が顕著に現れてしまう。

【０００８】このような観点からすると、波長の短い
（つまり高周波数の）電波を用いて通信する場合に、よ
り有効に働くこととなり、例えば請求項２に示すよう
に、マイクロ波を用いた場合には効果的である。なお、
ここでマイクロ波とは、３００ＭＨｚ以上の周波数を持
つ電波を言う。また、一般に電波とは、電磁波の内で比
較的周波数の低いもの（具体的には３ＴＨｚ以下の周波
数を持つもの）を指す。したがって、マイクロ波とは、
周波数３００ＭＨｚ〜３ＴＨｚ、波長が１ｍ〜０．１ｍ
ｍの電磁波のことである。そして、さらにマイクロ波の
中でもセンチ波以上（３ＧＨｚ以上）の周波数を持つも
のを用いた場合には、上述の５．８ＧＨｚの例で示した
ように、実際に車載した場合、アンテナ−ガラス間に複
数波長が存在し得る可能性が高くなるため、より効果的
である。

【０００９】また、請求項４に示すように、ガラスと対
向するように配置された面を有する平面アンテナを用い
た場合に、より実効性が向上する。平面アンテナである
からこそ、上述の反射による悪影響が顕在化すると思わ
れるからである。なお、アンテナの配置場所について
は、ガラスとの関係が上述したようになればよく、必ず
しもダッシュボード上に配置しなくてもよい。例えばバ
ックミラー周辺に配置してもよい。また、必ずしもフロ
ントガラスを介して通信することを前提としなくてもよ
く、リアガラスやサイドガラスを介して通信するもので
あってもよい。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の好適な実施例を
図面に基づいて説明する。尚、本発明の実施の形態は、
下記の実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の
技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはい
うまでもない。

【００１１】本実施例は、車載通信装置としてＥＴＣシ
ステム用の車載無線機３に適用した例について説明す
る。まず、図１（ａ）には、ＥＴＣシステムの概略構成
図を示した。ＥＴＣシステムは、道路上に設置された料
金所ゲート１に路上無線装置２を配置し、車両に搭載さ
れた車載無線機３と路上無線装置２との間で無線通信を
用いて自動的に通行料金の支払いを行い、有料道路等の
料金所において一旦停止することなく通行できるように
するものである。車載無線機３は、オーバーヘッドに配
置された路上無線装置２から降り注ぐ電波を受信し易い
ように、また取扱性及び視認性向上の観点から、図１
（ｂ），（ｃ）に示すように、車両のダッシュボード１
１の上部やルームミラー１２の裏側などに、設置スぺー
サ１３，１４等を使用して設置される。

【００１２】車載無線機３は、図２（ａ）に示すよう
に、高周波基板２１、その高周波基板２１上に構成され
たマイクロストリップアンテナ型の送信アンテナ２２及
び受信アンテナ２３、送受信無線回路部２４、料金など
を表示させるための表示部２５、各種操作を行うための
キー入力部２６を備えている。送信アンテナ２２及び受
信アンテナ２３は、図２（ｂ）に示すように、高周波基
板２１の表面には放射器３１と給電線３２が銅箔パター
ンで形成され、裏面は全面銅箔パターンの地導体３３が
形成されている。このように、送信アンテナ２２と受信
アンテナ２３を別個に形成してもよいが、図２（ｃ）に
示すように、図２（ｂ）における送信アンテナ２２と受
信アンテナ２３を一体にした機能を持つ送受アンテナ兼
用の車載無線機用アンテナ３４として形成してもよい。
なお、以下の説明では、この図２（ｃ）に示す送受アン
テナ兼用の車載無線機用アンテナ３４として形成したも
のを前提にする。

【００１３】この車載無線機用アンテナ３４は、フロン
トガラス５に対向して配置され、フロントガラス５を介
して路上無線装置２との間で電波の送受信を行う。本実
施例では、ＤＳＲＣ無線方式を採用し、５．８ＧＨｚの
電波を用いる。このＤＳＲＣ無線方式によれば、極めて
小さな通信エリア（３〜３０ｍ程度）を設定でき、しか
も通信エリア外への電波の漏れや、通信エリア内での電
波の混信などが非常に少ないため、通信の個別性を確保
でき、信頼性の高い無線通信を実現できるという利点が
ある。このような状況において車載無線機用アンテナ３
４が電波送受信を行う場合、フロントガラス５がどのよ
うな影響を及ぼすかを、図３（ａ）を参照して説明す
る。

【００１４】放射器３１とフロントガラス５との間の距
離Ｌが無限遠方の場合、放射器３１から放射された電波
は、フロントガラス５の厚さｔと減衰定数（比誘電率
ε、誘電体損ｔａｎδ）による一定の減衰や偏波の変化
が生じ、その減衰量や変化量は入射角度に依存する。し
かし、ＥＴＣシステムに代表されるマイクロ波移動体無
線通信用システムの車載無線機用アンテナ３４の設置位
置は、その距離Ｌがおよそ数波長程度分しかないため、
次に示すような作用で、車載無線機用アンテナ３４とフ
ロントガラス５との間で定在波が生じる。

【００１５】放射器３１から放射された電波はフロント
ガラス５に入射するが、この入射波４１は、車内側境界
面５１で反射する反射波４２とフロントガラス５の内部
を透過する透過波４３とに分かれる。透過波４３はフロ
ントガラス５の厚さｔと上述の減衰定数によって指数関
数的に減衰するが、次の車外側境界面５２で再び反射波
４４と透過波４５に分かれる。一方、車内側境界面５１
で反射した反射波４２は、放射器３１に結合し再放射す
る再放射波４７と、高周波基板２１で反射する反射波４
６とに分かれる。これらの電波は、以後境界面５１，５
２で同じ動作が繰り返され、結果的に、車載無線機用ア
ンテナ３４とフロントガラス５との間で定在波が生じる
こととなる。

【００１６】このように生じた定在波によって、車載無
線機用アンテナ３４の利得は車載無線機用アンテナ３４
とフロントガラス５との間の距離Ｌに依存することにな
り、図３（ｂ）に示すような一定の規則性を示す。図３
（ｂ）の概要に関しては既に説明したが、車載無線機用
アンテナ３４の正面方向の利得と（車載無線機用アンテ
ナ３４とフロントガラス５との間の）距離Ｌの関係を測
定した結果の一例である。図３（ｂ）の縦軸の利得は車
載無線機用アンテナ３４を自由空間に設置した時の利得
で正規化してあり、横軸の距離Ｌは波長（λ）で正規化
してある。

【００１７】図３（ｂ）中で○で示した極大値の部分
は、放射波と反射波が同位相となり加算されて利得が高
くなっていることを示す。具体的には、距離Ｌがおよそ
０．５５λ，１．１λ，１．６５λ，２．２λ……とい
う値であり、これは、電波の波長λ、フロントガラス５
との間で定在波を生じさせる反射波の位相遅れに相当す
る補正定数α、正の整数Ｎを用いて、Ｌ＝｛（λ／２）
α｝Ｎの場合であると考えられる。

【００１８】一方、図３（ｂ）中で△で示した極小値の
部分は、放射波と反射波が逆位相となり減算されて利得
が低くなっていることを示す。具体的には、距離Ｌがお
よそ０．３λ，０．７５λ，１．２５λ，１．８λ，
２．３５λ……という値であり、これは、Ｌ＝｛（λ／
２）α｝（Ｎ−０．５）の場合と考えられる。

【００１９】さらに、図４は、自由空間、図３
（ｂ）に示す極大近傍点ｂ、図３（ｂ）に示す極小近
傍点ａの３つの場合それぞれにおける、車載無線機用ア
ンテナ３４のＨ方向（図２（ｃ）参照）の指向性を示し
ている。なお、このＨ方向はＥＴＣシステムにおいては
車両幅員方向に相当するものであり、図４は車長方向の
路上無線装置２と正対する方向を基準（０ｄｅｇ）とし
てＨ方向角度に対応する相対利得を示している。この図
４からも分かるように、自由空間での場合（で示すグ
ラフ）と比べると、極小近傍点ａにおける場合（で示
すグラフ）は特に希望波方向θ１（図１（ａ）参照）の
範囲で相対利得が大きく減衰しているが、極大近傍点ｂ
における場合（で示すグラフ）は希望波方向θ１の範
囲において、相対利得の減衰が小幅に抑制されているこ
とが分かる。

【００２０】このような定在波によるアンテナ利得に及
ぼす影響を分析した結果に基づいて、本実施例において
は、車載無線機用アンテナ３４とフロントガラス５間の
距離Ｌが、Ｌ＝｛（λ／２）α｝Ｎあるいはその近傍の
値となるような位置に限定して、車載無線機用アンテナ
３４を配置している。つまり、図３（ｂ）において相対
利得が極大値あるいは極大近傍点となるように配慮する
ことで、アンテナ利得の低下を極力防止するようにし
た。

【００２１】なお、実際問題としては、この定在波によ
る悪影響は、特に電波の波長が短い場合に顕著に生じ
る。つまり、図１（ｂ）を参照して説明したように、本
実施例で想定している車載無線機３は、ダッシュボード
１１上あるいはルームミラー１２の裏側などに配置され
るため、フロントガラス５からそんなに離して配置する
ことはない。具体的には、例えば２００ｍｍ以上離され
て配置されることは少ないと考えられる。したがって、
例えば１ＭＨｚの電波であれば１波長が自由空間で約３
００ｍであるように、１波長が長ければ放射波と反射波
の位相の違いは無視できる。しかしながら、本実施例で
は、上述したように５．８ＧＨｚの電波を用いているた
め、１波長（λ）が約５０ｍｍと短くなる。この場合に
は、図３（ｂ）で示したように、位相が逆になって相対
利得が極小あるいは極小近傍の値を取るような配置が実
際にあり得る。そのため、このような定在波の影響を考
慮した適切な配置が非常に有効である。

【００２２】また、本実施例では、マイクロストリップ
アンテナ型の車載無線機用アンテナ３４をフロントガラ
ス５に対向して配置したが、このようにガラスと対向す
るように配置された面を有する平面アンテナを用いた場
合に、より実効性が向上する。平面アンテナであるから
こそ、上述の反射による悪影響が顕在化すると思われる
からである。したがって、逆Ｆアンテナなどでも同様の
効果が得られる。なお、ダイポールアンテナのような線
状アンテナの場合には、利得に与える影響は小さいと思
われるが、インピーダンスの変動等が生じるため、同様
に波長との関係でフロントガラス５との距離Ｌを考慮す
ることは好ましい。

【００２３】［その他］ （１）上記実施例ではフロントガラス５を介して通信す
ることを前提としたが、例えばリアガラスやサイドガラ
スを介して通信するものであってもよい。 （２）搬送波の偏波としては円偏波であっても直線偏波
であっても構わない。また、円偏波の場合には、偏波の
旋回歩行が右旋回であっても左旋回であっても構わな
い。 （３）上記実施例は、ＥＴＣシステム用の車載通信装置
用のアンテナとして適用した例を説明したが、それ以外
にも、車内にアンテナを設置する移動体通信システムで
あれば、同様に適用でき、同様の効果が得られる。例え
ば衛測位システム（ＧＰＳ）や道路交通情報アイテム通
信システム（ＶＩＣＳ）、さらにはモバイル・衛星デジ
タル音声放送システムなどに適用できる。モバイル・衛
星デジタル音声放送システムは、衛星を利用した移動体
向けの高品質の音楽や、画像・データなどを提供するサ
ービスであり、センチ波程度の電波が用いられるため、
一般放送の場合には特段問題のない、上述した定在波の
問題が顕在化する。したがって、このようなシステムで
も有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＥＴＣシステムの概略構成図及び車載無線機の
設置場所例の説明図である。

【図２】車載無線機の構成説明図である。

【図３】車載無線機用アンテナが電波送受信を行う場
合、フロントガラスがどのような影響を及ぼすかを示す
説明図である。

【図４】車載無線機用アンテナ３４の車両幅員方向の指
向性を示する説明図である。

【符号の説明】

１…料金所ゲート、２…路上無線装置、３…車載無線機
３、５…フロントガラス、１１…ダッシュボード、１２
…ルームミラー、１３，１４…設置スぺーサ、２１…高
周波基板、２２…送信アンテナ、２３…受信アンテナ、
２４…送受信無線回路部、２５…表示部、２６…キー入
力部、３１…放射器３１、３２…給電線、３３…地導
体、３４…車載無線機用アンテナ、４１…入射波、４
２，４４，４６…反射波、４３，４５…透過波、４７…
再放射波、５１…車内側境界面、５２…車外側境界面

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車両内に搭載され、外部装置との間で電波
   を用いた無線通信を行う車載通信装置に用いられ、車両
   の有するガラスを介して前記外部装置への電波の送信、
   又は前記ガラスを介して前記外部装置からの電波の受信
   の少なくともいずれか一方を行うためのアンテナであっ
   て、 前記ガラスとの距離Ｌが、前記電波の波長λ、ガラスと
   の間で定在波を生じさせる反射波の位相遅れに相当する
   補正定数α、正の整数Ｎを用いて、 Ｌ≒｛（λ／２）α｝Ｎ となるように配置したことを特徴とする車載通信装置用
   のアンテナ。
2. 【請求項２】請求項１記載の車載通信装置用のアンテナ
   において、 前記無線通信に用いる電波はマイクロ波であることを特
   徴とする車載通信装置用のアンテナ。
3. 【請求項３】請求項２記載の車載通信装置用のアンテナ
   において、 前記無線通信に用いられる電波はセンチ波以上の周波数
   を持つものであることを特徴とする車載通信装置用のア
   ンテナ。
4. 【請求項４】請求項１〜３のいずれか記載の車載通信装
   置用のアンテナにおいて、 前記ガラスと対向するように配置された面を有する平面
   アンテナであることを特徴とする車載通信装置用のアン
   テナ。