JP2005269212A - 車両アンテナシステム及び車両アンテナ構築方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 車両に備えられた必須の構成要素をアンテナとして利用したときの当該アンテナの受信感度を充分に向上させる。
【解決手段】 所定の周波数帯域の信号を送受信可能なフィラメントとその近傍を焦点とした放物面反射鏡とを有したライトと、該ライトの第１端と接続され、該所定の周波数帯域に含まれた所定の周波数の信号を処理する信号処理手段と、該ライトの第１端と該信号処理手段との間に配置され、該所定の周波数の信号のみを通過させるフィルタ手段とを備えたアンテナシステムを構築する。
【選択図】 図２

Description

この発明は、車両に備えられるアンテナシステム及び車両にアンテナシステムを構築する方法に関する。

従来、車両に備えられた必須の構成要素をアンテナとして利用して外部から発信された電波を受信するアンテナ受信装置が知られている。例えば下記特許文献１には、窓ガラスの曇りを防止する為のデフォッガをアンテナとして兼用したアンテナ受信装置が開示されている。
特開２００２−３６８５１６号公報

ここで、車両は、電波を発信する発信源との間に遮蔽物が介在している状況や、発信源との距離が遠く離れている状況において、当該電波を受信しなければならないこともある。この為、車両に備えられるアンテナにはある程度の受信感度が要求される。

ところが一般的にデフォッガは窓ガラスの内側に貼り付けられており且つ当該窓ガラスには紫外線などの電磁波を減衰させる機能が付与されている為、当該デフォッガの受信感度は低い或いは充分に高いものではないことが想定される。従って、上記特許文献１で開示されたようなアンテナ受信装置では、周知のElectronic Toll Collection System（以下、ＥＴＣシステムと略記）などに用いられている微弱の電波を受信できないこともある。

そこで、本発明は上記の事情に鑑み、車両に備えられた必須の構成要素をアンテナとして利用したときの当該アンテナの受信感度を充分に向上させたアンテナシステム、及びそのようなアンテナシステムを構築する方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決する本発明の一態様に係る車両に備えられるアンテナシステムは、所定の周波数帯域の信号を送受信可能なフィラメントとその近傍を焦点とした放物面反射鏡とを有したライトと、該ライトの第１端と接続され、該所定の周波数帯域に含まれた所定の周波数の信号を処理する信号処理手段と、該ライトの第１端と該信号処理手段との間に配置され、該所定の周波数の信号のみを通過させるフィルタ手段とを備えたシステムである。このようなライトをアンテナとして利用すると、専用のアンテナ素子を追加する必要がなく且つ放物面反射鏡の作用により高い受信感度を実現できる。

また、上記車両アンテナシステムは、フィラメントを発光させる為の直流電源をさらに備えており、フィルタ手段は信号処理手段に対する直流成分の入力を遮断することができる。これにより、直流成分の入力によって信号処理手段が故障することを防止できる。

また、上記車両アンテナシステムにおいて、フィルタ手段は、所定の周波数に対して低インピーダンスとなるコンデンサと、該所定の周波数に対して高インピーダンスとなるコイルを少なくとも有したものであってもよい。

また、上記車両アンテナシステムは、第１端と異なるライトの第２端と、それに接続されたグランドとの間に、所定の周波数に対して高インピーダンスとなるコイルを配置したものであってもよい。

また、上記車両アンテナシステムにおいて、ライトは車両の前面側に設置されたヘッドライトであってもよい。このような構成は、車両前方に位置する外部発信機と通信を行う場合には有効である。

また、上記の課題を解決する本発明の一態様に係る車両アンテナ構築方法は、車両にアンテナシステムを構築する方法であり、放物面反射鏡の焦点近傍にフィラメントを配置したライトと、所定の周波数の信号を処理する信号処理手段とを接続し、該ライトと該信号処理手段との間に該所定の周波数の信号のみを通過させるフィルタ手段を配置し、該所定の周波数の信号を送受信できるように該フィラメントを形成する方法である。所定の周波数の信号を送受信できるように該フィラメントを形成する為には、少なくともその長さと巻数を設定するとよい。

本発明の車両アンテナシステムを車両に採用すると、必須の構成要素をアンテナとして利用しつつもその受信感度を充分に向上させたシステムを実現できる。

本発明の実施形態の車両アンテナシステムは、車両に新たにアンテナ素子を追加することなく外部から発信された信号を受信することができ且つその受信感度が極めて高いことを実現したシステムである。以下に、図面を参照して、本実施形態の車両アンテナシステムの構成及び作用について説明する。

図１は、本実施形態の車両アンテナシステムを備えた車両１と、その車両１と無線により相互通信するＥＴＣ装置２とを示した図である。車両１は、本実施形態の特徴的な部分である車両アンテナシステム１００と、ＥＴＣ装置２との送受信信号を処理する車載器３０を備えている。また、ＥＴＣ装置２は、例えば有料道路の料金所入口に設置された上記ＥＴＣシステムの端末であり、車両と無線通信する為のアンテナ３とＥＴＣ装置２全体を制御する制御部４を備えている。

ＥＴＣ装置２に車両１が接近すると、車両１の車載器３０とＥＴＣ装置２の制御部４とが、アンテナ３及び車両アンテナシステム１００を介して無線による相互通信を開始する。このとき相互通信が正常に行われると、制御部４はＥＴＣ装置２が設置された地点に関する情報を送信し、車載器３０はその信号を受信してメモリ（不図示）に書き込む。これにより車載器３０に有料道路の入口情報が記憶される。また、有料道路出口には別のＥＴＣ装置が設置されている。その出口から有料道路を出る場合、車両１は、ＥＴＣ装置２と同様にそのＥＴＣ装置と相互通信し、入口情報及び自身のＩＤ情報を当該ＥＴＣ装置に送信する。端末であるＥＴＣ装置は、表示部（不図示）に有料道路の使用料を表示すると共に、これらの情報を管理側のシステムに送信する。管理側のシステムは、送信された情報に基づいて各種処理を行う。ここで行われる処理により、車両１に対応付けられた口座から有料道路の使用料が自動的に引き落とされる。

次に、本実施形態の特徴的な部分であり、上述したＥＴＣ装置との相互通信を実施する為の車両アンテナシステム１００について説明する。図２は、車両アンテナシステム１００と、それに接続された車載器３０を示した図である。以下に、図２を参照して、本実施形態の車両アンテナシステムの構成及び作用について詳説する。

車両１は、ヘッドライト１０の構成要素として、発光源であるフィラメント１２と、そのフィラメント１２近傍を焦点とする回転放射面を有し且つその内壁側の面が反射面である放射面反射鏡１４と、フィラメント１２前方に配置され、フィラメント１２から放射される発熱による光を車両１前方に射出するレンズ１６と、フィラメント１２を発光させる為の電流を供給する直流電源１８と、この直流電源１８とフィラメント１２の一端（以下、電源側端と略記）とを接続した配線２０と、グランド２２と、このグランド２２とフィラメント１２の他端（以下、グランド側端と略記）とを接続した配線２４と、配線２４の途中部分に実装された、ヘッドライト１０をオン／オフする為のスイッチ２６を有している。

ここで、本実施形態の車両アンテナシステム１００は、車両１の必須の構成部品であるヘッドライト１０をアンテナとして利用するシステムであり、これにより部品点数の削減とアンテナの受信感度の向上の両方の効果をもたらすシステムである。これを実現する為に、上述したヘッドライト１０の回路側に、本実施形態の特徴的な構成要素であるフィルタ部４０を追加している。

フィルタ部４０の主たる機能には、アンテナとして利用するヘッドライト１０（より正確にはフィラメント１２）と、ＥＴＣ装置２と相互通信する車載器３０とフィラメント１２とを電気的に接続させる機能、フィラメント１２が受信し得る周波数帯域の中から車載器３０が必要とするＥＴＣ装置２からの信号を抽出する機能、車載器３０が出力した信号をフィラメント１２に伝送させる為の機能などが列挙される。

このフィルタ部４０は、直流電源１８を配置した経路と分岐するようにその一端が配線２０の途中部分にある分岐点４２ａで結線され、もう一端が車載器３０と接続された配線４２と、配線４２の途中部分に実装されたコンデンサ４４と、分岐点４２ａと直流電源１８との間に実装されたコイル４６と、フィラメント１２のグランド側端近傍に実装されたコイル４８から構成されている。

コンデンサ４４は、高周波成分に対しては低インピーダンスであり、低周波成分に対しては高インピーダンス（すなわち抵抗）である特性を有している。また、コイル４６は、高周波成分に対しては高インピーダンスであり（すなわち抵抗）、低周波成分に対しては低インピーダンスである特性を有している。これら２つの電子素子を図２の如く配置すると、分岐点４２ａ側から車載器３０側に特定の高周波成分だけを通過させる電気的なフィルタ、所謂ハイパスフィルタが構築される。ここで、ＥＴＣ装置２から発信される信号は５．８ＧＨｚといった高周波成分である。この為、コンデンサ４４とコイル４６とによるハイパスフィルタは、ある周波数帯域の信号の中から５．８ＧＨｚの信号だけを車載器３０側に通過させる周波数特性を持つように設定されている。また、コンデンサ４４は、直流電源１８からの直流成分が車載器３０に入力することを防止している。

また、本実施形態のフィラメント１２は、ＥＴＣ装置２との相互通信を行う為の５．８ＧＨｚの信号を含む周波数帯域の信号を送受信できるような長さＬ及び巻数で形成されている。ここでいう長さＬとはフィラメント１２の巻き部分の長手方向の長さである。なお、５．８ＧＨｚの信号を送受信できるようにフィラメント１２を設計するとき、一般的にアンテナ素子の送信可能な帯域は受信可能な帯域に含まれているが当該受信帯域より狭い為、設計者は、送信可能な帯域を考慮してフィラメント１２を設計することが好ましい。

ここで、スイッチ２６がオフの状態であるとき、フィラメント１２及びスイッチ２６直前までの配線２４がアンテナとして機能し、車両アンテナシステム１００のアンテナ特性が変動してしまう可能性がある。これを防止する為に上述したコイル４８が実装されている。このコイル４８に作用によって、アンテナとして機能し得る配線２４の部分と、フィラメント１２との間において高周波成分に対するインピーダンスが高まる。従って、コイル４８よりスイッチ２６側の配線２４は、高周波成分に関して切り離された状態となる。この為、スイッチ２６のオン／オフ状態が切り替わっても、車両アンテナシステム１００のアンテナ特性は実質的には変動しない。また、コイル４８は高周波成分に対して抵抗となる為、フィラメント１２で受信された高周波成分は、よりコンデンサ４４側に流れ易くなる。

車両１の接近によりＥＴＣ装置２側から信号が発信されると、その中でヘッドライト１０に向かって進行する信号は放射面反射鏡１４の焦点近傍すなわちフィラメント１２近傍に収束される為、当該フィラメント１２は、その信号が微弱であっても受信することができる。ここでは、フィラメント１２での発光を効率良く車両１前方に導く為の放射面反射鏡１４が、アンテナとして機能するフィラメント１２の受信感度を向上させている。

また、本実施形態の如くヘッドライト１０に備えられたフィラメント１２をアンテナとして兼用すると、上記特許文献１のデフォッガと異なり、外部の発信源と車両側のアンテナとの間に電磁波を減衰させる部材が介在しない状態となる。ここで、各種車載器の中でアンテナを内蔵したタイプと車外にＥＴＣ専用のアンテナを設置したタイプとを比較した場合に後者のタイプの車載器の方が受信感度が高いことを鑑みると、本実施形態の如く室外に位置するフィラメント１２をアンテナとして利用することは、受信感度の向上をさらに助長させる。

また、車載器３０から出力されてコンデンサ４４及び分岐点４２ａを介して配線２０を伝送した信号（ＥＴＣ装置２に送信する５．８ＧＨｚの信号）は、フィラメント１２に達すると、そこから全方位に放射され、放射面反射鏡１４の作用によりその全ての伝搬方向が車両１前方側に揃えられる。ＥＴＣ装置２との相互通信を行う時には当該ＥＴＣ装置２は車両１の前方に位置する為、このように送信信号にある程度の指向性があっても何ら問題はない。また、本来全方位に放散すべき信号を車両１前方側に集中して放射させている為、その信号の強度が従来と比較して高くなる。この為、フィラメント１２とアンテナ３との間に信号を減衰させる要因があったとしても相互通信は良好に実施される。

以上が本発明の実施形態である。本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく様々な範囲で変形が可能である。

なお、本実施形態ではヘッドライト１０のフィラメント１２をアンテナとして利用しているが、別の実施形態ではフォグランプやバックライト（車両後方に設けられたライト）のフィラメントをアンテナとして利用してもよい。例えば衝突事故を回避する為の車間センサなどは車両前方及び後方に電波を伝搬させる必要がある為、この場合にはヘッドライト１０に加えてバックライトをアンテナとして利用する。

また、本実施形態ではヘッドライト１０の放射面反射鏡１４は所望のビーム広がり角を得る為の形状で形成されているが、別の実施形態では電波の所望の広がり角に応じて放射面反射鏡１４を形成してもよい。

また、本実施形態では５．８ＧＨｚの信号を送受信できるようにフィラメント１２を形成しているが、別の実施形態では既存のフィラメントの形状で送受信可能な周波数の信号を用いて車載器３０と外部発信機とが通信するシステムを構築することもできる。この場合、車両アンテナシステム１００を想定してフィラメント１２を設計する必要がなくなる。

また、本実施形態では車両１はＥＴＣ装置２と通信しているが、フィラメント１２の形状を変更することによって、当該フィラメント１２を、他の周波数帯域を使用した装置（例えば、Bluetooth（登録商標）を利用した装置や、DSRC （Dedicated Short Range Communications）を利用した装置、VICS（登録商標）を利用した装置など）のアンテナとして利用することもできる。

本発明の実施形態の車両アンテナシステムを備えた車両と、その車両と無線により相互通信するＥＴＣ装置とを示した図である。 本発明の実施形態の車両アンテナシステムと、それに接続された車載器を示した図である。

符号の説明

１ 車両
２ ＥＴＣ装置
３ アンテナ
４ 制御部
１０ ヘッドライト
１２ フィラメント
１４ 放射面反射鏡
３０ 車載器
４０ フィルタ部
１００ 車両アンテナシステム

Claims (7)

1. 車両に備えられるアンテナシステムにおいて、
   所定の周波数帯域の信号を送受信可能なフィラメントと、該フィラメント近傍を焦点とした放物面反射鏡と、を有したライトと、
   該ライトの第１端と接続され、該所定の周波数帯域に含まれた所定の周波数の信号を処理する信号処理手段と、
   該ライトの第１端と該信号処理手段との間に配置され、該所定の周波数の信号のみを通過させるフィルタ手段と、を備えたこと、を特徴とする車両アンテナシステム。
2. 前記フィラメントを発光させる為の直流電源をさらに備え、
   前記フィルタ手段は前記信号処理手段に対する直流成分の入力を遮断したこと、を特徴とする請求項１に記載の車両アンテナシステム。
3. 前記フィルタ手段は、前記所定の周波数に対して低インピーダンスとなるコンデンサと、該所定の周波数に対して高インピーダンスとなるコイルを少なくとも有したこと、を特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の車両アンテナシステム。
4. 前記第１端と異なる前記ライトの第２端と、それに接続されたグランドとの間に、前記所定の周波数に対して高インピーダンスとなるコイルを配置したこと、を特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の車両アンテナシステム。
5. 前記ライトは車両の前面側に設置されたヘッドライトであること、を特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の車両アンテナシステム。
6. 車両にアンテナシステムを構築する車両アンテナ構築方法において、
   放物面反射鏡の焦点近傍にフィラメントを配置したライトと、所定の周波数の信号を処理する信号処理手段と、を接続し、
   該ライトと該信号処理手段との間に、該所定の周波数の信号のみを通過させるフィルタ手段を配置し、
   該所定の周波数の信号を送受信できるように該フィラメントを形成すること、を特徴とする車両アンテナ構築方法。
7. 前記所定の周波数の信号を送受信できるように前記フィラメントの少なくとも長さと巻数を設定すること、を特徴とする請求項６に記載の車両アンテナ構築方法。

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