JP2005026783A - 車載アンテナ - Google Patents

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Abstract

【課題】車両への搭載性が損なわれることを抑制しつつ、水平方向から到来する垂直偏波に対する送受信特性を向上させる。
【解決手段】車載アンテナ10を、水平面Hに対して所定の傾斜角度θで傾斜するリアガラスの車室内側表面上に配置された接地導体21と、接地導体21に形成したスロット22及びU字型の補助スロット23と、スロット22に近接した位置で接地導体21の表面上においてスロット22よりも鉛直方向下方側(車両の前方側)にずれた位置から、車両の前方に向かい下り勾配となるように、接地導体21の表面に対して所定角度φをなす方向に突出する導電性反射板24とを備えて構成した。接地導体21をスロット22を形成した位置を境界部として一体に接続した2つの第1導体部21A及び第2導体部21Bを備えて構成し、各導体部21A,21Bをスロット22を境にして非対称形状に形成した。
【選択図】 図2

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スロットアンテナからなる車載アンテナに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、例えば車両用窓ガラスの車室内側の同一の表面上に設けられた放射導体および放射導体の外縁部から外側に向かい離間した位置で放射導体の縁部の周囲を囲む略環状の接地導体を備える平面アンテナが知られている(例えば、特許文献1参照)。
また、例えば相対的に高仰角の人工衛星から発信される信号に対する受信感度を向上させるために、平面アンテナの法線方向が、平面アンテナの実装位置(例えば、車両用窓ガラス等)の法線方向よりも鉛直に近くなるように傾斜させるスペーサーを備える平面アンテナが知られている(例えば、特許文献2参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開2002−252520号公報
【特許文献2】
特開平5−63424号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来技術に係る平面アンテナを車両に搭載する際に、例えばフロントガラスやリアガラス等の車両用窓ガラスに配置する場合には、車両の乗員の視野が妨げられてしまうことを防止すると共に、車両の外観性が損なわれてしまうことを防止することが望まれている。
しかしながら、車両の外観性等に基づいて平面アンテナの寸法や配置等を規制すると、所望の送受信特性を得ることが困難になる虞がある。特に、鉛直方向に交差するように配置された車両用窓ガラスの表面に平面アンテナが設けられた場合には、水平方向から到来する垂直偏波に対する所望の送受信特性を確保することが困難になるという問題が生じる。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、車両への搭載性が損なわれることを抑制しつつ、水平方向から到来する垂直偏波に対する送受信特性を向上させることが可能な車載アンテナを提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項1に記載の発明の車載アンテナは、誘電体基板(例えば、実施の形態でのリアガラス2)の表面(例えば、実施の形態での車室内側表面2A)上に設けられた接地導体(例えば、実施の形態での接地導体21)および該接地導体に形成され、前記誘電体基板の前記表面を露出させるスロット(例えば、実施の形態でのスロット22)を具備するスロットアンテナと、前記スロットに近接した位置で前記接地導体の表面上から突出し、前記接地導体の表面と所定角度(例えば、実施の形態での所定角度φ)をなす略板状の導電性反射部材(例えば、実施の形態での導電性反射板24)とを備えることを特徴としている。
【0006】
上記構成の車載アンテナによれば、例えば誘電体基板が車両の窓ガラス等とされ、鉛直方向に対して交差する表面を有する場合であっても、この誘電体基板の表面上に形成されたスロットアンテナから、この表面に対して所定角度をなすようにして突出する導電性反射部材を備えることにより、この導電性反射部材の遮蔽効果によって所望の領域における電界強度を相対的に増大させることができる。すなわち、導電性反射部材を備えることでスロットアンテナの水平方向における放射特性を向上させることができ、水平方向から到来する垂直偏波に対する感度を向上させることができる。
【0007】
さらに、請求項2に記載の発明の車載アンテナでは、前記接地導体は前記スロットが形成された位置を境界部として一体に形成された2つの導体部(例えば、実施の形態での第1導体部21A,第2導体部21B)からなり、前記スロットの長手方向での一方の導体部(例えば、実施の形態での第2導体部21B)の長さ(例えば、実施の形態での長さLB)は他方の導体部(例えば、実施の形態での第1導体部21A)の長さ(例えば、実施の形態での長さLA)よりも短く形成され、前記スロットを境に前記2つの導体部が互いに非対称形状に形成されてなることを特徴としている。
【0008】
上記構成の車載アンテナによれば、スロットアンテナの接地導体においてスロットが形成される位置を境界部として接地導体が非対称形状に形状されることで、例えば接地導体が対称形状に形成される場合に比べて、水平方向から到来する垂直偏波に対する指向特性をより無指向性に近い形状に設定することができる。
【0009】
また、請求項3に記載の発明の車載アンテナは、誘電体基板(例えば、実施の形態でのリアガラス2)の表面(例えば、実施の形態での車室内側表面2A)上に設けられた接地導体(例えば、実施の形態での接地導体21)および該接地導体に形成され、前記誘電体基板の前記表面を露出させるスロット(例えば、実施の形態でのスロット22)を具備するスロットアンテナを備え、前記接地導体は前記スロットが形成された位置を境界部として一体に形成された2つの導体部(例えば、実施の形態での第1導体部21A,第2導体部21B)からなり、前記スロットの長手方向での一方の導体部(例えば、実施の形態での第2導体部21B)の長さ(例えば、実施の形態での長さLB)は他方の導体部(例えば、実施の形態での第1導体部21A)の長さ(例えば、実施の形態での長さLA)よりも短く形成され、前記スロットを境に前記2つの導体部が互いに非対称形状に形成されてなることを特徴としている。
【0010】
上記構成の車載アンテナによれば、スロットアンテナの接地導体においてスロットが形成される位置を境界部として接地導体が非対称形状に形成されることで、例えば接地導体が対称形状に形成される場合に比べて、水平方向から到来する垂直偏波に対する指向特性をより無指向性に近い形状に設定することができる。
【0011】
さらに、請求項4に記載の発明の車載アンテナは、略U字型に前記誘電体基板の前記表面を露出させる補助スロット(例えば、実施の形態での補助スロット23)を前記接地導体に備え、前記スロットは前記補助スロットの両端部に接続され、前記接地導体に前記スロットおよび前記補助スロットによって周囲を囲まれる第2導体部(例えば、実施の形態での導体部21D)が形成されてなることを特徴としている。
【0012】
上記構成の車載アンテナによれば、補助スロットを形成することによって、例えば補助スロットを備えない場合に比べて、スロットアンテナのインピーダンス特性を改善することができ、水平方向から到来する垂直偏波に対する反射および導波特性を向上させることができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の車載アンテナの一実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
本実施の形態による車載アンテナ10は、例えば図1に示すように、車両1の窓ガラスのうち、例えばリアガラス2の周縁部2aの車室内側表面2A上に配置されている。
そして、この車載アンテナ10は、例えば適宜の基地局等から送信される電波、特に水平方向から到来する垂直偏波を受信するアンテナとされている。
【0014】
車載アンテナ10は、例えば図2から図5に示すように、誘電体基板とされるリアガラス2の車室内側表面2A上に配置された導電性薄膜等からなる接地導体21および接地導体21に形成されたスロット22からなるスロットアンテナ10aと、接地導体21に形成された補助スロット23と、スロット22に近接した位置で接地導体21の表面上から突出し、接地導体21の表面と所定角度φをなす略矩形板状の導電性反射板24とを備えて構成されている。
【0015】
接地導体21は、例えば略矩形の導電性薄膜からなる2つの第1導体部21Aおよび第2導体部21Bが、後述するスロット22が形成された位置を境界部として一体に接続されて形成されている。そして、車両の後方に向かい下り勾配となるように、水平面Hに対して鉛直方向下方に向かい略鋭角の傾斜角度θで傾斜した車室内側表面2A上において、例えば第2導体部21Bは鉛直方向での上部側に配置され、第1導体部21Aは鉛直方向での下部側に配置されている。
【0016】
そして、後述するスロット22の長手方向(例えば、図5に示すY方向)において、例えば第2導体部21Bの長さLBは第1導体部21Aの長さLAよりも短く(LA>LB)形成され、第1導体部21Aおよび第2導体部21Bはスロット22を境にして互いに非対称形状に形成されている。
また、スロット22の長手方向に直交すると共に第1導体部21Aの中心位置を含む第1導体部21Aの中心線PAと、スロット22の長手方向に直交すると共に第2導体部21Bの中心位置を含む第2導体部21Bの中心線PBとは一致するように形成され、第1導体部21Aおよび第2導体部21Bは、例えば各中心線PA,PBに対して線対称形状に形成されている。
【0017】
また、第1導体部21Aおよび第2導体部21Bの境界部において、第1導体部21Aには略矩形の境界導体部21Cが形成され、スロット22の長手方向における境界導体部21Cの長さLCは、例えば第2導体部21Bの長さLBよりも長く、かつ、第1導体部21Aの長さLAよりも短く(LA>LC>LB)形成され、スロット22の長手方向に直交すると共に境界導体部21Cの中心位置を含む境界導体部21Cの中心線PCと、第1導体部21Aの中心線PAとは一致するように形成されている。
【0018】
また、例えばスロット22の長手方向における第2導体部21Bの長さLBおよびスロット22の長手方向に直交する方向での第2導体部21Bの長さVBによって設定される第2導体部21Bの面積(例えば、LB×VB)は、例えば図6に示すように、リアガラス2の車室内側表面2Aの水平面Hに対する傾斜角度θ(つまり、水平面Hに対する接地導体21の表面の傾斜角度θ)の増大に応じて増加傾向に変化するように設定されている。
【0019】
スロット22は、第1導体部21Aおよび第2導体部21Bの境界部において接地導体21に形成された略矩形の貫通孔からなり、このスロット22においてリアガラス2の車室内側表面2Aが露出するようになっている。
補助スロット23は、第2導体部21Bに形成された略U字型の貫通孔からなり、このスロット22においてリアガラス2の車室内側表面2Aが露出すると共に、補助スロット23の両端部はスロット22に接続されている。
すなわち、第2導体部21Bには、スロット22および補助スロット23によって周囲を囲まれる導体部21Dが形成されている。
スロット22の長手方向(例えば、図5に示すY方向)における補助スロット23の長さSBは、例えば第2導体部21Bの長さLBよりも短く(LB>SB)形成されている。
【0020】
また、スロット22には、例えば図5に示すように、インピーダンス整合等に応じてスロット22の長手方向における中心位置からずれた位置に給電点26が設けられ、この給電点26は、例えば図3に示すように、適宜の給電線26aを介して、例えば第1導体部21Aの表面上に配置された増幅回路25に接続され、さらに、この増幅回路25は、例えば送信機や受信機(図示略)等に接続されている。
【0021】
導電性反射板24は、例えば図4に示すように、接地導体21の表面上においてスロット22よりも鉛直方向下方側(つまり車両の後方側)にずれた位置から、車両の前方に向かい下り勾配となるように、接地導体21の表面に対して所定角度φをなす方向に突出するようにして配置されている。
すなわち、スロット22の長手方向に直交すると共に導電性反射板24の中心位置を含む導電性反射板24の中心線PRは、各導体部21A,21B,21Cの各中心線PA,PB,PCが伸びる方向のうち、鉛直方向上方側(つまり、車両の前方側)に向かう方向と所定角度φをなして交差しており、この所定角度φは、例えば水平面Hに対する接地導体21の表面の傾斜角度θよりも大きくなるように設定されている。
【0022】
スロット22の長手方向に直交する方向での導電性反射板24の長さRBは、例えば図7(a)に示すように、水平面Hに対する接地導体21の表面の傾斜角度θの増大に応じて増加傾向に変化するように設定されている。
【0023】
そして、後述する垂直偏波に対する所望の送受信感度を確保した状態において、スロット22の長手方向に直交する方向での導電性反射板24の長さRBは、約λ/4以下の適宜の寸法に形成されている。
また、導電性反射板24と接地導体21の表面とのなす角度、つまり所定角度φは、例えば図7(b)に示すように、水平面Hに対する接地導体21の表面の傾斜角度θの増大に応じて増加傾向に変化するように設定されている。
【0024】
本実施の形態による車載アンテナ10は上記構成を備えており、次に、この車載アンテナ10の動作特性について添付図面を参照しながら説明する。
【0025】
以下に、車載アンテナ10の電場分布について説明する。
例えば図8(a)に示すように、水平面Hに対して所定の傾斜角度θで傾斜する第1導体部21Aにスロット22が形成された状態においては、第1導体部21Aの表面に対して面対称になるような電場分布が生じ、第1導体部21Aの表面に直交する方向に伝搬する垂直偏波成分に対する送受信感度が増大する。このため、例えば傾斜角度θが小さい場合には、水平方向に伝搬する垂直偏波成分に対して、所望の送受信感度を確保することができない場合がある。
【0026】
これに対して、例えば図8(b)に示すように、第1導体部21Aの中心線PAの鉛直方向上方側(つまり、車両の前方側)に伸びる方向に対して所定角度φをなし、車両の前方に向かい下り勾配となるようにして、第1導体部21Aの表面上でスロット22よりも鉛直方向下方側(つまり車両の後方側)にずれた位置から導電性反射板24を突出させると、水平方向に伝搬する垂直偏波成分に対する送受信感度を向上させることができる。
すなわち、導電性反射板24の遮蔽効果によって、導電性反射板24と第1導体部21Aとのなす角度が所定角度φの補角(π−φ)となるB領域の電場の強さが相対的に弱められ、導電性反射板24と第1導体部21Aとのなす角度が所定角度φとなるA領域の電場の強さが相対的に強められる。これにより、水平面内(図1に示すXY平面内)における垂直偏波成分に対する指向特性、つまり鉛直軸(図1に示すZ軸)周りの垂直偏波成分に対する感度(利得)の変化において、例えば図9(a)に示すように、導電性反射板24を備えた場合の指向特性βは、導電性反射板24を省略した場合の指向特性αに比べて、導電性反射板24が突出する車両の前方方向での利得が増大するようになる。
【0027】
さらに、例えば図8(c)に示すように、第1導体部21Aの中心線PAの鉛直方向上方側(つまり、車両の前方側)に伸びる方向に導電性反射板24と所定角度φをなすようにして、第1導体部21Aとは異なる形状の第2導体部21Bを設けると、水平方向に伝搬する垂直偏波成分に対する送受信感度を、より一層、向上させることができる。
すなわち、導電性反射板24と第2導体部21Bとのなす角度が所定角度φとなるA領域の電場の強さが、より一層、強められ、導電性反射板24と第1導体部21Aとのなす角度が所定角度φの補角(π−φ)となるB領域の電場の強さが、より一層、弱められると共に、第2導体部21Bと第1導体部21Aとのなす角度がπ(180°)となるC領域およびA領域の電場分布がより好適に整形される。これにより、水平面内における垂直偏波成分に対する指向特性において、例えば図9(b)に示すように、導電性反射板24および第2導体部21Bを備えた場合の指向特性γは、導電性反射板24のみを備えた場合の指向性性βに比べて、水平面内の全方向での利得が増大すると共に、各方向毎にほぼ同等の利得となり、いわば無指向性の状態となる。
【0028】
また、この車載アンテナ10の垂直偏波成分に対する感度つまり利得の鉛直軸(図1に示すZ軸)周りの平均値(平均利得)dBaの周波数に応じた変化は、例えば図10に示すように、所定の下限平均利得dBよりも大きな値となり、垂直偏波成分に対する所望の送受信感度を確保することができることがわかる。
【0029】
さらに、例えば図11に示すように、第2導体部21Bに補助スロット23を設けることによって、例えば補助スロット23を省略した場合に比べて、インピーダンス特性を向上させ、定在波比(SWR:Standing Wave Ratio)を低下させることができることがわかる。
【0030】
上述したように、本実施の形態による車載アンテナ10によれば、導電性反射板24を備えることでスロットアンテナ10aの水平方向における放射特性を向上させることができ、水平方向から到来する垂直偏波に対する感度を向上させることができる。
しかも、垂直偏波に対する所望の送受信感度を確保した状態で導電性反射板24の大きさを小型化することができるため、車両の乗員の視野が妨げられてしまうことを防止すると共に、車両の外観性が損なわれてしまうことも防止することができる。
さらに、接地導体21においてスロット22が形成される位置を境界部として接地導体22の形状を非対称形状にすることで、例えば接地導体22を対称形状に形成した場合に比べて、インピーダンス特性を向上させ、水平方向から到来する垂直偏波に対する送受信感度を向上させることができると共に、水平方向から到来する垂直偏波に対する指向特性をより無指向性に近い形状に設定することができる。
しかも、第2導体部21Bに略U字型の補除スロットを形成し、補助スロット23の両端部をスロット22に接続することによって、インピーダンス特性を、より一層、向上させることができる。
【0031】
なお、上述した本実施の形態では、スロット22の長手方向において、第2導体部21Bの長さは第1導体部21Aの長さよりも短く形成するとしたが、これに限定されず、例えば第1導体部21Aおよび第2導体部21Bを同等の長さに、さらには、第1導体部21Aおよび第2導体部21Bをスロット22を境にして互いに対称形状に形成してもよい。
【0032】
また、上述した本実施の形態において、スロット22の長手方向における第1導体部21Aの中心線PAと第2導体部21Bの中心線PBとは一致するとしたが、これに限定されず、例えばスロット22の長手方向において中心線PAと中心線PBとがずれるように設定してもよい。
【0033】
また、上述した本実施の形態において、導電性反射板24は接地導体21の表面上でスロット22よりも鉛直方向下方側(つまり車両の後方側)にずれた位置から突出するとしたが、これに限定されず、例えば図12に示すように、スロット22よりも鉛直方向上方側(つまり車両の前方側)にずれた位置から突出するように配置してもよい。
また、上述した本実施の形態において、導電性反射板24の中心線PRは、第1導体部21Aの中心線PAおよび第2導体部21Bの中心線PBおよび境界導体部21Cの中心線PCと交差するとしたが、これに限定されず、例えば導電性反射板24の中心線PRが各中心線PA,B,PCと交差せず、スロット22の長手方向において各中心線PA,B,PCからずれた位置を含むように設定してもよい。
【0034】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1に記載の発明の車載アンテナによれば、導電性反射部材を備えることでスロットアンテナの水平方向における放射特性を向上させることができ、水平方向から到来する垂直偏波に対する感度を向上させることができる。
さらに、請求項2に記載の発明の車載アンテナによれば、スロットが形成される位置を境界部として接地導体が非対称形状に形成されることで、例えば接地導体が対称形状に形成される場合に比べて、水平方向から到来する垂直偏波に対する指向特性をより無指向性に近い形状に設定することができる。
【0035】
また、請求項3に記載の発明の車載アンテナによれば、スロットが形成される位置を境界部として接地導体が非対称形状に形成されることで、例えば接地導体が対称形状に形成される場合に比べて、水平方向から到来する垂直偏波に対する指向特性をより無指向性に近い形状に設定することができる。
さらに、請求項4に記載の発明の車載アンテナによれば、補助スロットを形成することによって、例えば補助スロットを備えない場合に比べて、スロットアンテナのインピーダンス特性を改善することができ、水平方向から到来する垂直偏波に対する反射および導波特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る車載アンテナを搭載した車両の斜視図である。
【図2】図1に示す車載アンテナの斜視図である。
【図3】図1に示す車載アンテナの斜視図である。
【図4】図1に示す車載アンテナの断面図である。
【図5】図1に示す車載アンテナの接地導体の平面図である。
【図6】図1に示す車載アンテナのリアガラスの傾斜角度θに応じた第2導体部の面積の変化の一例を示すグラフ図である。
【図7】図7(a)は図1に示す車載アンテナにおいて水平面Hに対する接地導体の表面の傾斜角度θに応じた導電性反射板の面積の変化の一例を示すグラフ図であり、図7(b)は図1に示す車載アンテナにおいて水平面Hに対する接地導体の表面の傾斜角度θに応じた導電性反射板と接地導体の表面とのなす所定角度φの変化の一例を示すグラフ図である。
【図8】図8(a)は図1に示す車載アンテナにおいて、第2導体部および導電性反射板を省略した場合の電場分布の一例を示すグラフ図であり、図8(b)は図1に示す車載アンテナにおいて、導電性反射板を省略した場合の電場分布の一例を示すグラフ図であり、図8(c)は図1に示す車載アンテナの電場分布の一例を示すグラフ図である。
【図9】図9(a)は図8(a)に示す車載アンテナと図8(b)に示す車載アンテナとの水平面内における垂直偏波に対する指向特性の一例を示すグラフ図であり、図9(b)は図8(b)に示す車載アンテナと図8(b)に示す車載アンテナとの水平面内における垂直偏波に対する指向特性の一例を示すグラフ図である。
【図10】図1に示す車載アンテナの平均利得の周波数に応じた変化の一例を示すグラフ図である。
【図11】図1に示す車載アンテナと、図1に示す車載アンテナにおいて補助スリットを省略した状態とに対する定在波比の周波数に応じた変化の一例を示すグラフ図である。
【図12】本実施形態の変形例に係る車載アンテナの断面図である。
【符号の説明】
2 リアガラス(誘電体基板)
10 車載アンテナ
10a スロットアンテナ
21 接地導体
21A 第1導体部(導体部)
21B 第2導体部(導体部)
21D 導体部(第2導体部)
22 スロット
23 補助スロット

Claims (4)

  1. 誘電体基板の表面上に設けられた接地導体および該接地導体に形成され、前記誘電体基板の前記表面を露出させるスロットを具備するスロットアンテナと、
    前記スロットに近接した位置で前記接地導体の表面上から突出し、前記接地導体の表面と所定角度をなす略板状の導電性反射部材とを備えることを特徴とする車載アンテナ。
  2. 前記接地導体は前記スロットが形成された位置を境界部として一体に形成された2つの導体部からなり、前記スロットの長手方向での一方の導体部の長さは他方の導体部の長さよりも短く形成され、前記スロットを境に前記2つの導体部が互いに非対称形状に形成されてなることを特徴とする請求項1に記載の車載アンテナ。
  3. 誘電体基板の表面上に設けられた接地導体および該接地導体に形成され、前記誘電体基板の前記表面を露出させるスロットを具備するスロットアンテナを備え、
    前記接地導体は前記スロットが形成された位置を境界部として一体に形成された2つの導体部からなり、前記スロットの長手方向での一方の導体部の長さは他方の導体部の長さよりも短く形成され、前記スロットを境に前記2つの導体部が互いに非対称形状に形成されてなることを特徴とする車載アンテナ。
  4. 略U字型に前記誘電体基板の前記表面を露出させる補助スロットを前記接地導体に備え、
    前記スロットは前記補助スロットの両端部に接続され、前記接地導体に前記スロットおよび前記補助スロットによって周囲を囲まれる第2導体部が形成されてなることを特徴とする請求項1から請求項3の何れかひとつに記載の車載アンテナ。
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