JP2009005248A - 車載アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両のルーフパネルがアンテナに与える影響を緩和することが可能な車載アンテナ装置を提供する。
【解決手段】車載アンテナ装置１０では、ルーフパネル１２がフロントガラス１１に接する辺をルーフ端１２ｒとして、アンテナエレメント１が、フロントガラス１１に接する位置、且つ、ルーフ端１２ｒからルーフ距離ｄｒだけ離間した位置で配置され、反射エレメント２が、アンテナエレメント１からエレメント距離ｄ２だけ車体の後方側に離間した位置に配置される。このため、アンテナエレメント１に対するルーフ端１２ｒ及び反射エレメント２の反射器としての作用が合成され、この合成された作用によりアンテナの指向性をより車体の前方かつ水平方向側に向けることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、無線信号による車両外部との送受信を行うために車両の室内、特にアンテナエレメント等がフロントガラス近傍に設置される車載アンテナ装置に関する。

従来より、無線信号の送受信を行うために車両に搭載される車載アンテナ装置のうち、そのアンテナエレメント等（以下、単にアンテナと呼ぶ）が車両フレーム等を形成する金属により受ける影響を極力減少させるために、アンテナが車両ガラスの近傍に設置されるガラスアンテナ装置が開発され続けている。

この種のガラスアンテナ装置は、一般的に、車両ガラスのうち特にフロントガラスの近傍に設置される（以下、ＦＧアンテナ装置と呼ぶ）。即ち、開閉動作が行われるサイドガラスの近傍にアンテナを設置すると、サイドガラスの開閉状態によってアンテナの送受信特性が変化してしまい、安定した受信ができないためであり、また、曇りの発生を防止するための電熱線が配線されるリアガラスの近傍にアンテナを設置すると、電熱線がアンテナと電磁結合することにより、アンテナの送受信特性が低下してしまうためである。

このようなＦＧアンテナ装置として、ルーフパネルをアンテナの反射器として積極的に利用し、指向性を前方に向けることが行われている（例えば、特許文献１参照）。
即ち、車両の後方から車室内を通過してＦＧアンテナ装置に到達する無線信号は、車両フレーム等を形成する金属により、反射・散乱を受けたものとなっており、無線信号を復調する際に行われる伝搬路等化の作業を困難なものとするために高い受信特性が得られないと考えられ、このような無線信号をできるだけ受信しないようにする必要があるためである。
特開２００６−３１４０７１号公報

ところで、昨今では、車両の機能の向上に伴い、アンテナの指向性に要求される精度が高度なものになりつつある。
例えば、車車間で無線信号の送受信を行うことにより各種情報の受け渡しを行う車車間通信機能を利用する際に、道路上の他の車両とダイレクトに無線信号の送受信を行うためには、水平方向に指向性を有するアンテナを車両に設置することが望ましい。

しかし、図１７に示すように、従来のＦＧアンテナ装置では、フロントガラス上に設置されたアンテナが、アンテナの反射器として利用されるルーフパネルに対して前方かつ下方に位置するため、アンテナの指向性が、水平方向に対してフロントガラスの傾斜角度φだけ下方側（方向Ｅ１）に傾いてしまうという問題があった。

本発明は、上記問題点を解決するために、車両のルーフパネルがアンテナに与える影響を緩和することが可能な車載アンテナ装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するためになされた請求項１に記載の車載アンテナ装置は、予め設定された周波数帯の信号を送受信可能、即ち、輻射器として作用する第１アンテナエレメントと、この第１アンテナエレメントに対して反射器として作用する第２アンテナエレメントとを備えている。

このうち、第１アンテナエレメントは、車体のフロントガラスに接する位置に配置される。
また、第２アンテナエレメントは、第１アンテナエレメントの設置位置より後方側（車体の前後方向において後方側）、且つ、フロントガラスと非接触な位置で車室内に配置される。

このように構成された本発明の車載アンテナ装置では、図１４（ａ）に示すように、金属製のルーフパネルがフロントガラスに接する辺（以下、ルーフ端と呼ぶ）が、フロントガラス上に設置された第１アンテナエレメントの反射器として作用する。このため、アンテナの指向性が前方かつ下方（方向Ｅ１）に向く。

また、第１アンテナエレメントに対して反射器として作用する第２アンテナエレメントが、第１アンテナエレメントの設置位置より後方側、且つ、ルーフパネルより下方側に配置されているため、アンテナの指向性を、前方、且つ、少なくともルーフ端が作用する方向（方向Ｅ１）よりも上方（方向Ｅ０）に向けることができる。即ち、ルーフ端及び第２アンテナエレメントの双方が与える影響を合成したアンテナの指向性の方向（方向Ｅ）を、ルーフ端のみが作用する方向（方向Ｅ１）に対して上方側に向けることができる。

したがって、本発明の車載アンテナ装置によれば、車両のルーフパネルがアンテナに与える影響を緩和することができる。
そして、請求項２に記載のように、第２アンテナエレメントは、エレメント角が仰角となる角度に位置していることが好ましい。但し、エレメント角とは、第２アンテナエレメントから第１アンテナエレメントに向かう方向をエレメント間方向、車体の高さ方向に直交する面のうち第２アンテナエレメントを含む面を第２素子水平面として、この第２素子水平面に対してエレメント間方向が向く角をいう。

この場合、図１４（ｂ）に示すように、第２アンテナエレメントが第１アンテナエレメントより下方側に配置されているため、アンテナの指向性を前方かつ上方（方向Ｅ０）に向けることができる。このため、車両のルーフパネルがアンテナに与える影響をより緩和することができる。

さらに、本発明の車載アンテナ装置では、請求項３に記載のように、第２アンテナエレメントは、エレメント角がフロントガラスの傾斜角度以下の角度となるように位置していることが望ましい。但し、フロントガラスの傾斜角度とは、車体の高さ方向に直交する面のうち第１アンテナエレメントを含む面を第１素子水平面として、この第１素子水平面に対する傾斜角度である。

即ち、図１５に示すように、第１アンテナエレメント１に対して、ルーフ端が反射器としてアンテナ指向性に及ぼす強度（以下、ルーフ作用強度と呼ぶ）と、第２アンテナエレメントが反射器としてアンテナ指向性に及ぼす強度（以下、エレメント作用強度と呼ぶ）とが等しいと仮定して、エレメント角（θ）がフロントガラスの傾斜角度（φ）に等しい場合、ルーフ端及び第２アンテナエレメントの双方が与える影響を合成したアンテナの指向性の方向（方向Ｅ）を、第１素子水平面に対して平行に向けることができる。

また、エレメント作用強度がルーフ作用強度より大きい場合には、エレメント角をフロントガラスの傾斜角度以下となる角度の範囲で設定する（即ち、指向性の打ち上げ角を抑える）ことにより、アンテナの指向性の方向（方向Ｅ）を、第１素子水平面に対して平行に向けることが可能となる。

したがって、本発明の車載アンテナ装置によれば、車両のルーフパネルがアンテナに与える影響をより適量だけ緩和することができる。なお、ルーフ端から第１アンテナエレメントに向かう方向が第１素子水平面に対してなす角度は、フロントガラスの傾斜角度に概ね等しいものとみなす。

そして、具体的には、請求項４に記載のように、第１アンテナエレメントと、ルーフ端及び第２アンテナエレメントとの距離（ルーフ距離）は、車体の前方向に対する第１アンテナエレメントの利得（前方利得）が第１アンテナエレメント単体の絶対利得以上となるように設定され、この設定された距離となる位置に、第１アンテナエレメント及び第２アンテナエレメントを配置すればよい。

ところで、本発明の車載アンテナ装置では、請求項５に記載のように、第１アンテナエレメント及び第２アンテナエレメントは、線状の導体からなり、ルーフ端に対して平行に配置されることが望ましい。

この場合、第１アンテナエレメント及び第２アンテナエレメントが、単純な形状および位置関係を有しているため、ルーフ端及び第２アンテナエレメントが第１アンテナエレメントの反射器として作用する際のアンテナの指向性の変化を予測し易くなり、ひいては、アンテナの指向性を向けたい方向に応じて、第２アンテナエレメントの設置位置を精度よく求めることができる。

また、本発明の車載アンテナ装置では、請求項６に記載のように、第１アンテナエレメントとしては、半波長ダイポールアンテナを用いることが好ましい。なお、半波長ダイポールアンテナは、第１アンテナエレメントが送受信可能な周波数帯の信号の波長をλとして、０．５λの長さ（但し、その長さは設置環境に応じて変更される）を有する指向性アンテナである。

この場合、半波長ダイポールアンテナからなる第１アンテナエレメント単体が、車幅方向に対して直交する方向にアンテナの指向性を有するため、当該車載アンテナ装置における第１アンテナエレメントのアンテナの指向性を更に前方に向けることができる。

ところで、本発明の車載アンテナ装置では、請求項７に記載のように、第２アンテナエレメントは、前方利得を変化させる可変容量素子を装荷していることが望ましい。
この場合、可変容量素子の容量（即ち、インピーダンス値）を制御することにより、第２アンテナエレメントが第１アンテナエレメントの反射器としてアンテナの指向性に及ぼす強度（即ち、エレメント作用強度）を変えることができるため、第２アンテナエレメントの設置位置に応じて、アンテナの指向性を前方に向くように調節することができる。

また、第１アンテナエレメント及び第２アンテナエレメントは、請求項８に記載のように、同一基板上に設置されてもよいし、請求項９に記載のように、それぞれ別体に設置されてもよい。

前者の場合、第１アンテナエレメント及び第２アンテナエレメント（アンテナと総称する）を備える基板を車室内に設置すればよいため、アンテナの設置がより簡単になり、後者の場合、第１アンテナエレメントと第２アンテナエレメントとの間が空間となるため、アンテナの設置スペースを削減する共に、アンテナの設置の自由度を向上させることができる。

更に、第１アンテナエレメント及び第２アンテナエレメントがそれぞれ別体に設置される場合、請求項１０に記載のように、第２アンテナエレメントがルームミラーの背面部に設置されてもよいし、請求項１１に記載のように、第１アンテナエレメントが柔軟性を有するフィルム上に形成されてもよい。

前者の場合、第２アンテナエレメントの設置箇所がルームミラーの背面部であるため、第２アンテナエレメントが運転者の視界に入らずに済み、後者の場合、第１アンテナエレメントが形成されているフィルムが柔軟性を有するため、曲面を有するフロントガラス上に貼り付けることができ、アンテナの設置スペースを更に削減させることができる。

更に、請求項１２に記載のように、第１アンテナエレメントが形成されるフィルムは、透明フィルムであって、請求項１３に記載のように、第１アンテナエレメントは、金属細線により形成されていることが好ましい。

前者の場合、第１アンテナエレメントが形成されるフィルムが透明であるため、フィルムをフロントガラス上に貼り付けた際に、運転者の視界をほとんど遮らずに済み、後者の場合、第１アンテナエレメントが金属細線により形成されているため、製造工程におけるフィルム上でのアンテナの印刷や乾燥が不要となり、より簡易に製造することができる。

また、本発明の車載アンテナ装置では、請求項１４に記載のように、第１アンテナエレメントよりも長い線状の導体からなる第３アンテナエレメントを備え、この第３アンテナエレメントが、フロントガラス上のルーフ端側、且つ、ルーフパネルと非接触な位置にて、第１アンテナエレメントに対して平行に配置されてもよい。

一般的に、図１６（ａ）に示すように、第１アンテナエレメントに電流Ｉｉが流れる際に、この電流Ｉｉとは逆向きの誘導電流Ｉｒがルーフ端に流れるために、ルーフ端が、誘導性となり、アンテナの反射器として作用するのである。

ところが、図１６（ｂ）に示すように、第１アンテナエレメントよりも長い線状の導体からなる第３アンテナエレメントが、フロントガラス上のルーフ端側、且つ、ルーフパネルと非接触な位置に配置されているため、第１アンテナエレメントに電流Ｉ１が流れる際に、この電流Ｉ１とは逆向きの誘導電流Ｉ３が第３アンテナエレメントに流れ、この誘導電流Ｉ３が、ルーフパネル上に流れる誘導電流Ｉｒと、相互に打ち消し合う関係になり、ルーフ端の反射器としての作用を抑制することができる。このため、ルーフパネルによりアンテナの指向性が下方に向くことを抑制することができる。

なお、このような第３アンテナエレメントを設けた場合は、請求項１５に記載にように、第２アンテナエレメントを省略した構成としてもよい。
この場合、ルーフパネルによる影響を抑制し、指向性アンテナが本来有するアンテナ特性を実現することができる。

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
［第１実施形態］
＜車載アンテナ装置の構成（１）＞
図１は、本発明が適用された第１実施形態の車載アンテナ装置１０の構成を示す平面図である。

図１に示すように、本実施形態の車載アンテナ装置１０は、予め設定された周波数の（その波長をλとする）信号を送受信可能なアンテナエレメント１と、反射器として作用する反射エレメント２とを備え、これらのエレメント１，２は、ガラス入りエポシキ樹脂（ガラエポ）等の絶縁材料からなるアンテナ基板４上に形成された導体パターンからなる。なお、以下では、アンテナ基板４の長手方向をα方向、妻手方向をβ方向とする。

このうち、アンテナエレメント１は、アンテナ基板４による波長短縮率をｋとして、そのエレメント長Ｌ１がＬ１＝０．５ｋλとなる長さの線状の導体からなり、この長さ方向（以下、アンテナ軸方向と呼ぶ）がα方向となるようにアンテナ基板４上のβ方向側縁を有する縁部に配設されている。

なお、アンテナエレメント１は、中央部に給電点を有し、この給電点に高周波電流Ｉ１が供給されると、アンテナ軸方向に対して垂直な方向に電磁波が一様に放射される周知のλ／２ダイポールアンテナである。

また、反射エレメント２は、そのエレメント長Ｌ２が少なくともＬ２＞Ｌ１となる長さの線状の導体からなり、この長さ方向がα方向（即ち、アンテナエレメント１に対して平行）となり、且つ、アンテナエレメント１からβ方向に距離（以下、エレメント距離という）ｄ２だけ離間した位置となるように配設されている。

なお、エレメント距離ｄ２は、反射エレメント２が誘導性となる距離、即ち、反射エレメント２が反射器として作用し、アンテナの指向性が反射エレメント２からアンテナエレメント１に向かう方向（以下、エレメント方向という）に生じる距離に設定されている。

＜車載アンテナ装置の設置（１）＞
ここで、図２は、車載アンテナ装置１０が車室内に設置された状態を示す断面図である。但し、車幅方向に直交する断面のうちアンテナエレメント１の中央部を含む断面を、車幅方向から見た断面を示している。

なお、以下では、車体の前後方向をＸ方向（車体の前方向を正、後ろ方向を負とする）、車幅方向をＹ方向、Ｘ方向およびＹ方向に直交する方向、即ち、車体の上下方向（車体の上方向を正、下方向を負とする）をＺ方向とし、Ｘ−Ｙ平面のうちアンテナエレメント１を含む面を第１素子水平面２１、Ｘ−Ｙ平面のうち反射エレメント２を含む面を第２素子水平面２２とする。

図２に示すように、車載アンテナ装置１０は、アンテナ基板４上のアンテナエレメント１がフロントガラス１１に車室内側から接し、且つ、アンテナエレメント１のアンテナ軸方向がＹ方向となる位置に設置されている。また、車載アンテナ装置１０は、ルーフパネル１２がフロントガラス１１に接する辺をルーフ端１２ｒとして、アンテナエレメント１がルーフ端１２ｒからフロントガラス１１の傾斜方向に距離（以下、ルーフ距離という）ｄｒだけ離間した位置となるように配置されている。但し、ルーフ端１２ｒに沿った方向はＹ方向と一致する、即ち、アンテナエレメント１はルーフ端１２ｒと平行に配置されているものとみなす。

なお、ルーフ距離ｄｒは、ルーフ端１２ｒが誘導性となる距離、即ち、ルーフ端１２ｒが反射器として作用し、ルーフ端１２ｒからアンテナエレメント１に向かう方向（以下、ルーフ方向という）に指向性が生じる距離に設定されている。

そして、車載アンテナ装置１０は、第１素子水平面２１に対するアンテナ基板４の成す角度、即ち、エレメント方向が第２素子水平面２２に対して成す角度（以下、エレメント角度という）θが、第１素子水平面２１に対するフロントガラス１１の傾斜角度（以下、ＦＧ角度という）φと等しくなるように設置されている。

ところで、ルーフ距離ｄｒ（エレメント距離ｄ２）は、例えば、ルーフ方向（エレメント方向）に対するアンテナの利得と、電圧定在波比（所謂、ＶＳＷＲ）によって決定すればよい。

ここで、図３及び図４は、ルーフ距離ｄｒをシミュレーションによって求めた結果を示す。
このうち、図３（ａ）は、シミュレーションの測定条件を示す説明図である。

図３（ａ）に示すように、測定条件としては、ルーフパネル１２のうちアンテナエレメント１に作用する部分を、矩形の金属板Ｍ１とみなし、この金属板Ｍ１は、アンテナエレメント１と同一平面上、且つ、その長手方向がアンテナエレメント１と平行に配置され、アンテナエレメント１からルーフ距離ｄｒだけ離間した位置となるように設定されている。但し、金属板Ｍ１の厚さはアンテナエレメント１の厚さ（または直径）に等しいものとする。

なお、以下では、金属板Ｍ１からアンテナエレメント１に向かう方向をＡ方向、アンテナエレメント１のアンテナ軸方向（即ち、金属板Ｍ１の長手方向）をＢ方向、Ａ方向およびＢ方向に直交する方向をＣ方向として、アンテナエレメント１及び金属板Ｍ１は、周波数Ｆｓの無線信号がＡ乃至Ｃ方向から一様に到来する環境下に置かれているものとする。

また、測定条件のうち各種パラメータは、周波数Ｆｓを７５０ＭＨｚ（即ち、λ＝４００ｍｍ）、アンテナエレメント１のエレメント長Ｌ１を２００ｍｍ（λ／２に相当）、金属板Ｍ１の長手方向の長さＬｈｓを６００ｍｍ（３λ／２に相当）、その妻手方向の長さＬｖｓを４００ｍｍ（λに相当）として設定されている。

図３（ｂ）は、図３（ａ）の測定条件下における、即ち、金属板Ｍ１が反射器としてアンテナエレメント１に作用する場合のアンテナエレメント１の指向性を表す指向性パターン（以下、金属板作用パターンと呼ぶ）Ｓ１の一例である。但し、ルーフ距離ｄｒを１００ｍｍ（λ／４に相当）としている。なお、金属板作用パターンＳ１は、アンテナエレメント１の中央部を含むＡ−Ｃ平面上におけるＡ方向に対する角度をシミュレーション角度として、このシミュレーション角度に対するアンテナエレメント１の利得を示している。

図３（ｂ）に示すように、金属板作用パターンＳ１では、Ａ方向側、即ち、金属板Ｍ１からアンテナエレメント１に向かう方向側に高い利得が得られ、この場合、金属板Ｍ１がアンテナエレメント１の反射器として作用しているのである。

図４は、図３（ａ）の測定条件下において、ルーフ距離ｄｒの値を変数としたときの、Ａ方向に対するアンテナの利得（以下、Ａ方向利得と呼ぶ）およびＶＳＷＲのシミュレーション結果である。

図４（ａ）に示すように、Ａ方向利得は、ルーフ距離ｄｒが１２０ｍｍ（０．３λに相当）未満であれば、２．１４ｄＢｉ、即ち、λ／２ダイポールアンテナ単体の絶対利得を上回っている。

このため、ルーフ距離ｄｒが０．３λ未満であれば、ルーフ端１２ｒが誘導性となる、即ち、ルーフ端１２ｒが反射器として作用し、ルーフ端１２ｒからアンテナエレメント１に向かう方向（即ち、ルーフ方向）に指向性が生じる。

また、図４（ｂ）に示すように、ＶＳＷＲは、ルーフ距離ｄｒが２０ｍｍ（０．０５λに相当）以上であれば、２以下となっている。なお、２以下のＶＳＷＲとは、一般的に、優れた電力効率を有するアンテナとみなされる基準値である。

このため、ルーフ距離ｄｒが０．０５λ以上であれば、アンテナエレメント１に供給される電力が効率よく放射される。
したがって、これらのシミュレーション結果から、ルーフ距離ｄｒは、０．０５λ以上０．３λ未満の範囲であれば、優れた電力効率を有すると共に、ルーフ端１２ｒが反射器として作用し、ルーフ方向、即ち、ルーフ端１２ｒからアンテナエレメント１に向かう方向に、アンテナの指向性が向くことがわかる。

なお、シミュレーションの測定条件が異なる場合であっても、Ａ方向利得が２．１４ｄＢｉとなる距離（ｄ＝０．３λ）と、ＶＳＷＲが２以下となる距離（ｄ＝０．０５λ）は、概ね上述のシミュレーション結果に近似する。このため、エレメント距離ｄ２についても、０．０５λ以上０．３λ未満の範囲であるとみなす。

＜アンテナの指向性（１）＞
図５は、上述のように車室内に設置された車載アンテナ装置１０の指向性、即ち、ルーフ端１２ｒの作用と反射エレメント２の作用とを合成した作用がアンテナエレメント１の指向性に及ぼす影響を求めたシミュレーション結果である。

このうち、図５（ａ）は、シミュレーションの測定条件を示す説明図である。
図５（ａ）に示すように、測定条件としては、ルーフパネル１２のうちアンテナエレメント１に作用する部分を、矩形の金属板Ｍ２とみなし、その長手方向がアンテナエレメント１と平行に配置されている。なお、アンテナエレメント１，反射エレメント２及び金属板Ｍ２は、周波数Ｆの無線信号がＸ乃至Ｚ方向から一様に到来する環境下に置かれているものとする。

また、測定条件のうち各種パラメータは、周波数Ｆを７４０ＭＨｚ（即ち、λ≒４００ｍｍ）、アンテナエレメント１のエレメント長Ｌ１をλ／２、金属板Ｍ２の長手方向の長さＬｈを１０００ｍｍ（約５λ／２に相当）、その妻手方向の長さＬｖを３００ｍｍ（約３λ／４に相当）、反射エレメント２のエレメント長Ｌ２を０．５２λ、エレメント距離ｄ２及びルーフ距離ｄｒをλ／４、エレメント角度θとＦＧ角度φを共に４５°として設定されている。

図５（ｂ）は、図５（ａ）の測定条件下における、即ち、反射エレメント２が反射器としてアンテナエレメント１に作用する場合のアンテナエレメント１の指向性を表す指向性パターン（以下、４５°反射素子パターンと呼ぶ）Ｓ２である。なお、４５°反射素子パターンＳ２は、アンテナエレメント１の中央部を含むＸ−Ｚ平面上における正のＸ方向に対する角度を対前方角度として、この対前方角度に対するアンテナエレメント１の利得を示している。

図５（ｂ）に示すように、４５°反射素子パターンＳ２（実線部分）では、正のＸ方向側、即ち、車体の前方側に高い利得が得られ、この場合、金属板Ｍ２（即ち、ルーフ端１２ｒ）及び反射エレメント２がアンテナエレメント１の反射器として作用しているのである。

また、図５（ａ）の測定条件のうち、反射エレメント２に関係するパラメータ（Ｌ１，ｄ０，θ）を省略する場合、即ち、反射エレメント２が無い場合の指向性パターン（破線部分）に比べて、４５°反射素子パターンＳ２（実線部分）は、アンテナの指向性がよりＸ方向側にシフトしたものとなっている。

＜効果＞
以上説明したように、本実施形態の車載アンテナ装置１０では、アンテナエレメント１が、ルーフ端１２ｒからルーフ距離ｄｒだけ離間した位置に配置され、且つ、アンテナエレメント１より長いエレメント長Ｌ２を有する反射エレメント２が、アンテナエレメント１からエレメント距離ｄ２だけ後方側に離間した位置に配置されている。

このため、本実施形態の車載アンテナ装置１０によれば、アンテナエレメント１に対するルーフ端１２ｒ及び反射エレメント２の反射器としての作用が合成され、この合成された作用によりアンテナの指向性をより車体の前方側に向けることができる。

また、本実施形態の車載アンテナ装置１０では、反射エレメント２が、第１素子水平面２１、即ち、車幅方向に直交する面のうちフロントガラス１１上に設置されたアンテナエレメント１を含む面より下方側に配置されている。

したがって、本実施形態の車載アンテナ装置１０によれば、アンテナエレメント１に対するルーフ端１２ｒの作用の方向（即ち、フロントガラス１１の傾斜方向）に比べて、アンテナエレメント１に対する反射エレメント２の作用の方向がより上方に向くため、ルーフパネル１２がアンテナに与える影響を確実に緩和することができる。

さらに、本実施形態の車載アンテナ装置１０では、反射エレメント２は、エレメント角度θがＦＧ角度φに等しくなるように配置されている。
したがって、本実施形態の車載アンテナ装置１０によれば、ルーフ端１２ｒが反射器としてアンテナ指向性に及ぼす強度（以下、ルーフ作用強度と呼ぶ）と、反射エレメント２が反射器としてアンテナ指向性に及ぼす強度（以下、エレメント作用強度と呼ぶ）とが等しい場合に、ルーフ端１２ｒ及び反射エレメント２により合成される作用の方向を第１素子水平面に対して平行に向けることができる。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明する。
図６に示すように、本実施形態では、車載アンテナ装置１０の設置において、エレメント角度θが０°となる点が、第１実施形態とは異なるだけであるため、この相違する点がアンテナの指向性に与える影響を説明する。

＜アンテナの指向性（２）＞
図７は、車室内に設置された車載アンテナ装置１０の指向性、即ち、ルーフ端１２ｒの作用と反射エレメント２の作用とを合成した作用がアンテナエレメント１の指向性に及ぼす影響を求めたシミュレーション結果である。

このうち、図７（ａ）は、シミュレーションの測定条件を示す説明図である。
図７（ａ）に示すように、測定条件としては、エレメント角度θを０°とする他は、第１実施形態にてアンテナの指向性のシミュレーションを行った際（図５（ａ）参照）と同じとする。

図７（ｂ）は、図７（ａ）の測定条件下における、即ち、反射エレメント２が反射器としてアンテナエレメント１に作用する場合のアンテナエレメント１の指向性を表す指向性パターン（以下、０°反射素子パターンと呼ぶ）Ｓ３である。

図７（ｂ）に示すように、０°反射素子パターンＳ３（実線部分）では、図７（ａ）の測定条件のうち、反射エレメント２に関係するパラメータ（Ｌ１，ｄ２，θ）を省略する場合、即ち、反射エレメント２が無い場合の指向性パターン（一点破線部分）に比べて、アンテナの指向性がよりＸ方向側にシフトしたものとなっている。

さらに、０°反射素子パターンＳ３（実線部分）では、第１実施形態におけるエレメント角度θがＦＧ角度φに等しい（θ＝φ＝４５°）ときの指向性パターン、即ち、４５°反射素子パターンＳ２（破線部分）に比べて、アンテナの指向性がＸ方向側でＺ方向にバランスよく向いている。

つまり、反射エレメント２が、ルーフ端１２ｒに比べてアンテナエレメント１の反射器としてより強く作用する長さに設定されているため、エレメント角度θがＦＧ角度φに等しくなる（θ＝φ＝４５°）位置に反射エレメント２が配置されている場合は、４５°反射素子パターンＳ２（破線部分）のように、アンテナの指向性が正のＸ方向側で打ちあがる方向に向いてしまう。

これに対して、０°反射素子パターンＳ３（実線部分）では、エレメント角度θが０°となる位置に反射エレメント２が配置されているため、アンテナの指向性がＸ方向側でＺ方向にバランスよく向いている。

＜効果＞
以上説明したように、本実施形態の車載アンテナ装置１０では、ルーフ端１２ｒに比べてアンテナエレメント１の反射器としてより強く作用する長さに設定された反射エレメント２は、エレメント角度θが０°となる位置、即ち、エレメント方向が正のＸ方向を向く位置に配置されている。

したがって、本実施形態の車載アンテナ装置１０によれば、エレメント作用強度がルーフ作用強度より大きい場合に、エレメント角度θがＦＧ角度φ以下となる位置に反射エレメント２を配置することにより、ルーフ端１２ｒ及び反射エレメント２により合成される作用の方向を第１素子水平面に対してより平行に近づけることができる。

［第３実施形態］
次に、第３実施形態について説明する。
本実施形態では、車載アンテナ装置１０の構成において、反射エレメント２の代わりに、インピーダンスを可変な制御エレメント５を備える点が第１実施形態と異なるだけであるため、この構成の相違する部分を中心に説明する。

＜車載アンテナ装置の構成（２）＞
図８は、本発明が適用された第３実施形態の車載アンテナ装置１０の構成を示す平面図である。

図８に示すように、車載アンテナ装置１０は、バラクタダイオード６が直列に接続された制御エレメント５を備えている。なお、バラクタダイオード６とは、バイアス回路（図示せず）等の外部装置から逆バイアスの制御電圧が加えられた際に、静電容量Ｃｄを変化させる周知の可変容量ダイオードである。

ここで、図９は、静電容量Ｃｄをシミュレーションによって求めた結果の一例を示す。
このうち、図９（ａ）は、シミュレーションの測定条件を示す説明図である。
図９（ａ）に示すように、測定条件として、制御エレメント５は、アンテナエレメント１と同一平面上、且つ、その長さ方向がアンテナエレメント１と平行に配置され、アンテナエレメント１から距離ｄ２だけ離間した位置となるように設定されている。

なお、以下では、制御エレメント５からアンテナエレメント１に向かう方向（即ち、エレメント方向）をＡ１方向、アンテナエレメント１のアンテナ軸方向（即ち、制御エレメント５の長さ方向）をＢ１方向、Ａ１方向およびＢ１方向に直交する方向をＣ１方向として、アンテナエレメント１及び制御エレメント５は、周波数Ｆの無線信号がＡ乃至Ｃ方向から一様に到来する環境下に置かれているものとする。

また、測定条件のうち各種パラメータは、周波数Ｆを７４０ＭＨｚ（即ち、λ≒４００ｍｍ）、アンテナエレメント１のエレメント長Ｌ１をλ／２、制御エレメント５のエレメント長Ｌ５を０．５２λ、エレメント距離ｄ２をλ／４に設定されている。

図９（ｂ）は、図９（ａ）の測定条件下において、静電容量Ｃｄの値を変数としたときの、Ａ１方向に対するアンテナの利得（以下、Ａ１方向利得と呼ぶ）のシミュレーション結果である。

図９（ｂ）に示すように、Ａ１方向利得は、静電容量Ｃｄが１．４ｐＦを上回れば、２．１４ｄＢｉ、即ち、λ／２ダイポールアンテナ単体の絶対利得を上回り、静電容量Ｃｄが１．４ｐＦを下回れば、絶対利得を下回っている。

つまり、静電容量Ｃｄが１．４ｐＦを上回れば、制御エレメント５が誘導性となり、反射器として作用することにより、制御エレメント５からアンテナエレメント１に向かう方向（正のＡ１方向）に指向性が生じる。また、静電容量Ｃｄが１．４ｐＦを下回れば、制御エレメント５が容量性となり、導波器として作用することにより、アンテナエレメント１から制御エレメント５に向かう方向（負のＡ１方向）に指向性が生じる。

即ち、これらのシミュレーション結果は、バラクタダイオード６の静電容量Ｃｄを変化させることにより、アンテナエレメント１に対する制御エレメント５の作用の強度が調整されることを示している。

＜アンテナの指向性（３）＞
図１０は、車室内に設置された車載アンテナ装置１０の指向性、即ち、ルーフ端１２ｒの作用と反射エレメント２の作用とを合成した作用がアンテナエレメント１の指向性に及ぼす影響を求めたシミュレーション結果である。

このうち、図１０（ａ）は、シミュレーションの測定条件を示す説明図である。
図１０（ａ）に示すように、測定条件としては、反射エレメント２の代わりに制御エレメント５を配置する他は、第１実施形態にてアンテナの指向性のシミュレーションを行った際（図５（ａ）参照）と同じとする。但し、静電容量Ｃｄを５ｐＦとする。

図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の測定条件下における、即ち、制御エレメント５が反射器としてアンテナエレメント１に作用する場合のアンテナエレメント１の指向性を表す指向性パターン（以下、４５°制御素子パターンと呼ぶ）Ｓ４である。

図１０（ｂ）に示すように、４５°制御素子パターンＳ４（実線部分）では、図１０（ａ）の測定条件のうち、制御エレメント５に関係するパラメータ（Ｌ５，ｄ２，θ）を省略する場合、即ち、制御エレメント５が無い場合の放射パターン（一点破線部分）に比べて、アンテナの指向性がより正のＸ方向側にシフトしたものとなっている。

さらに、４５°制御素子パターンＳ４（実線部分）では、第１実施形態における反射エレメント２が配置されている（θ＝φ＝４５°）ときの指向性パターン、即ち、４５°反射素子パターンＳ２（破線部分）に比べて、アンテナの指向性が正のＸ方向側でＺ方向にバランスよく向いている。

つまり、反射エレメント２が、ルーフ端１２ｒに比べてアンテナエレメント１の反射器としてより強く作用する長さに設定されているため、エレメント角度θがＦＧ角度φに等しくなる（θ＝φ＝４５°）位置に反射エレメント２が配置されている場合は、４５°反射素子パターンＳ２（破線部分）のように、アンテナの指向性が正のＸ方向側で打ちあがる方向に向いてしまう。

これに対して、４５°制御素子パターンＳ４（実線部分）では、バラクタダイオード６の静電容量Ｃｄを変化させる、即ち、制御エレメント５のインピーダンス値を調整することにより、アンテナの指向性が正のＸ方向側で打ちあがる方向に向くことを抑制し、ひいては、アンテナの指向性が正のＸ方向側でＺ方向にバランスよく向いている。

なお、静電容量Ｃｄを１ｐＦに設定した場合の指向性パターン（二点破線部分）は、アンテナの指向性がより負のＸ方向側にシフトしていることがわかる。即ち、制御エレメント５が導波器として作用するためである。

＜効果＞
以上説明したように、本実施形態の車載アンテナ装置１０では、バラクタダイオード６の静電容量Ｃｄを変化させることによりインピーダンス値を可変な制御エレメント５は、エレメント角度θがＦＧ角度φと等しくなる位置、即ち、エレメント作用強度がルーフ作用強度より大きい場合にエレメント方向が正のＸ方向側で打ちあがる方向を向く位置に配置されている。

したがって、本実施形態の車載アンテナ装置１０によれば、エレメント作用強度がルーフ作用強度より大きい場合に、当該車載アンテナ装置１０の設置位置に応じて、制御エレメント５のインピーダンス値を調整することにより、ルーフ端１２ｒ及び反射エレメント２により合成される作用の方向を第１素子水平面に対してより平行に近づけることができる。

［第４実施形態］
次に、第４実施形態について説明する。
本実施形態では、車載アンテナ装置１０の構成において、ルーフ作用強度を抑制する誘導エレメント７を備える点が第２実施形態と異なるだけであるため、この構成の相違する部分を中心に説明する。

＜車載アンテナ装置の設置（２）＞
図１１に示すように、車載アンテナ装置１０は、線状の導体からなる誘導エレメント７を備え、この誘導エレメント７が、フロントガラス１１上のルーフ端１２ｒ側、且つ、ルーフパネル１２と非接触な位置に配置されている。

また、誘導エレメント７は、そのエレメント長Ｌ７が少なくともＬ７＞Ｌ１となる長さの線状の導体からなり、この長さ方向がＹ方向（即ち、アンテナエレメント１、反射エレメント２及びルーフ端１２ｒに対して平行）となり、且つ、ルーフ端１２ｒからフロントガラス１１の傾斜方向に距離（ルーフ誘導距離）ｄ７だけ離間した位置となるように配設されている。

＜アンテナの指向性（４）＞
図１２は、車室内に設置された車載アンテナ装置１０の指向性、即ち、ルーフ端１２ｒの作用、反射エレメント２の作用および誘導エレメント７の作用を合成した作用がアンテナエレメント１の指向性に及ぼす影響を求めたシミュレーション結果である。

なお、シミュレーションの測定条件としては、誘導エレメント７のエレメント長Ｌ７をλ、ルーフ誘導距離ｄ７を５ｍｍ（約０．０１２５λに相当）、ルーフ距離ｄｒを０．２８λとする他は、第２実施形態にてアンテナの指向性のシミュレーションを行った際（図７（ａ）参照）と同じとする。

図１２に示すように、シミュレーションの測定条件のうち、誘導エレメント７に関係するパラメータ（Ｌ７，ｄ７）を省略する場合、即ち、誘導エレメント７が無い場合の指向性パターン（破線部分）に比べて、誘導エレメント７が有る場合の指向性パターンＳ５（実線部分）は、アンテナの指向性がよりＸ方向側にシフトしたものとなっている。

＜効果＞
以上説明したように、本実施形態の車載アンテナ装置１０では、線状の導体からなる素子であり、そのエレメント長Ｌ７が少なくともＬ７＞Ｌ１となる長さを有する誘導エレメント７が、フロントガラス１１上のルーフパネル１２に非接触な位置にて、アンテナエレメント１及びルーフ端１２ｒに対して平行に配置されている。

したがって、本実施形態の車載アンテナ装置１０によれば、アンテナエレメント１に電流Ｉｉが流れる際に、この電流Ｉｉとは逆向きの誘導電流Ｉ７が誘導エレメント７に流れ、この誘導電流Ｉ７が、ルーフパネル１２上に流れる誘導電流Ｉｒと、相互に打ち消し合う関係になり、ルーフ端１２ｒの反射器としての動作を抑制することができ、ひいては、アンテナの指向性を車体のより前方に向けることができる。

［他の実施形態］
以上、本発明の四つの実施形態について説明したが、本発明はこれらの上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。

例えば、上記実施形態では、アンテナエレメント１及び反射エレメント２が、アンテナ基板４上に形成されているが、図１３（ａ）に示すように、これらのエレメント１，２が、それぞれ別体に設置（例えば、柔軟性を有する透明フィルム８上に形成されたアンテナエレメント１がフロントガラス１１上に、反射エレメント２がルームミラー１３の背面部１３ａに設置）されてもよい。但し、アンテナ基板４による波長短縮率ｋを考慮しなくて済むため、アンテナエレメント１のエレメント長Ｌ１はλ／２とすればよい。

この場合、図からも明らかなように、反射エレメント２がルームミラー１３の背面部１３ａに設置された場合、反射エレメント２が運転者の視界に入らずに済む。また、アンテナエレメント１と反射エレメント２との間が空間となるため、車載アンテナ装置１０の設置スペースを削減する共に、アンテナエレメント１及び反射エレメント２の設置の自由度を向上させることができる。

なお、図１３（ｂ）に示すように、反射エレメント２は、エレメント角度θがＦＧ角度φに等しくなる位置に配置された場合、第１実施形態と同様の効果が得られる。
また、上記実施形態では、反射エレメント２は、エレメント角度θがＦＧ角度φに等しくなる位置、又は、エレメント角度θが０°となる位置に配置されているが、車室内のうち、アンテナエレメント１の設置位置より車体の後方側、且つ、フロントガラス１１と非接触な位置に配置されればよい。但し、アンテナエレメント１からエレメント距離ｄ２だけ離間した位置とする。

この場合、アンテナエレメント１がアンテナの指向性に作用する方向は、少なくともルーフ端１２ｒがアンテナの指向性に作用する方向より上方に向くため、ルーフパネル１２がアンテナに与える影響を緩和することができる。

さらに、エレメント角度θは、例えば、車体のボンネットにて反射される無線信号（反射波）を積極的に受信するために、アンテナの指向性を水平方向より適量だけ下方側に向く角度に設定されてもよい。

また、誘導エレメント７を設置する場合は、反射エレメント２及び制御エレメント５を省略した構成としてもよい。
この場合、ルーフパネル１２による影響を抑制し、指向性アンテナが本来有するアンテナ特性を実現することができる。

なお、指向性アンテナとしては、ダイポールアンテナに限らず、八木アンテナ（モノポール構成の八木アンテナを含む）や、アレーアンテナ、マイクロストリップアンテナ、逆Ｆアンテナ、逆Ｌアンテナ、パッチアンテナ等であってもよい。

第１実施形態の車載アンテナ装置の構成を示す平面図。 第１実施形態の車載アンテナ装置が車室内に設置された状態を示す断面図。 ルーフ距離（及びエレメント距離）を求めるためのシミュレーションの測定条件、及び、この測定条件下におけるアンテナの指向性パターンの一例。 ルーフ距離ｄｒの値を変数としたときの、Ａ方向に対するアンテナの利得およびＶＳＷＲのシミュレーション結果を示すグラフ。 反射エレメント及びルーフ端の作用が合成される場合の影響を示すためのシミュレーションの第１の測定条件（θ＝４５°）、及び、この測定条件下における第１のアンテナの指向性パターン。 第２実施形態の車載アンテナ装置が車室内に設置された状態を示す断面図。 反射エレメント及びルーフ端の作用が合成される場合の影響を示すためのシミュレーションの第２の測定条件（θ＝０°）、及び、この測定条件下における第２のアンテナの指向性パターン。 第３実施形態の車載アンテナ装置の構成を示す平面図。 静電容量値を求めるためのシミュレーションの測定条件、及び、この測定条件下で静電容量値を変数としたときの、Ａ方向に対するアンテナの利得を示すグラフ。 制御エレメント及びルーフ端の作用が合成される場合の影響を示すためのシミュレーションの第３の測定条件（θ＝４５°）、及び、この測定条件下における第３のアンテナの指向性パターン。 第４実施形態の車載アンテナ装置が車室内に設置された状態を示す斜視図。 誘導エレメント、反射エレメント及びルーフ端の作用が合成される場合の影響を示すためのシミュレーションの第４の測定条件（θ＝０°）下における第４のアンテナの指向性パターン。 アンテナエレメントと反射エレメントがそれぞれ別体に設置された状態を示す説明図。 第２アンテナエレメント及びルーフ端の作用が合成され、第１アンテナエレメントの指向性に与える影響を示す第１の説明図。 第２アンテナエレメント及びルーフ端の作用が合成され、第１アンテナエレメントの指向性に与える影響を示す第２の説明図。 第３アンテナエレメントが、反射器としてのルーフ端の作用を抑制する原理を示す説明図。 反射器として作用するルーフ端が、従来の車載アンテナ装置の指向性に与える影響を示す説明図。

符号の説明

１…アンテナエレメント、２…反射エレメント、４…アンテナ基板、５…制御エレメント、６…バラクタダイオード、７…誘導エレメント、１０…車載アンテナ装置、１１…フロントガラス、１２…ルーフパネル、１２ｒ…ルーフ端、１３…ルームミラー、２１…第１素子水平面、２２…第２素子水平面。

Claims (15)

1. 車体のフロントガラスに接する位置に設置され、予め設定された周波数帯の信号を送受信可能な第１アンテナエレメントと、
   車室内に設置され、前記第１アンテナエレメントに対して反射器として作用する第２アンテナエレメントと、
   を備え、
   前記第２アンテナエレメントは、前記車体の前後方向の位置において前記第１アンテナエレメントの設置位置より後方側、且つ、前記フロントガラスと非接触な位置に配置されることを特徴とする車載アンテナ装置。
2. 前記第２アンテナエレメントから前記第１アンテナエレメントに向かう方向をエレメント間方向、前記車体の高さ方向に直交する面のうち前記第２アンテナエレメントの設置位置を含む面を第２素子水平面、該第２素子水平面に対して前記エレメント間方向が向く角をエレメント角として、
   前記第２アンテナエレメントは、エレメント角が仰角となるように配置されることを特徴とする請求項１に記載の車載アンテナ装置。
3. 前記車体の高さ方向に直交する面のうち前記第１アンテナエレメントの設置位置を含む面を第１素子水平面として、
   前記第２アンテナエレメントは、前記エレメント角が前記第１素子水平面に対する前記フロントガラスの傾斜角度以下の角度となるように配置されることを特徴とする請求項２に記載の車載アンテナ装置。
4. 前記車体のルーフパネルが前記フロントガラスに接する辺をルーフ端、前記第１アンテナエレメントと、前記ルーフ端及び前記第２アンテナエレメントとの距離をルーフ距離及びエレメント距離、前記車体の前方向に対する前記第１アンテナエレメントの利得を前方利得として、
   前記ルーフ距離及び前記エレメント距離は、前記前方利得が第１アンテナエレメント単体の絶対利得以上となるように設定されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の車載アンテナ装置。
5. 前記第１アンテナエレメント及び前記第２アンテナエレメントは、線状の導体からなり、前記ルーフ端に対して平行に配置されることを特徴とする請求項４に記載の車載アンテナ装置。
6. 前記第１アンテナエレメントは、半波長ダイポールアンテナからなることを特徴とする請求項５に記載の車載アンテナ装置。
7. 前記第２アンテナエレメントが、前記前方利得を変化させる可変容量素子を装荷することを特徴とする請求項５または請求項６に記載の車載アンテナ装置。
8. 前記第１アンテナエレメント及び前記第２アンテナエレメントは、同一基板上に設置されることを特徴とする請求項５ないし請求項７のいずれかに記載の車載アンテナ装置。
9. 前記第１アンテナエレメントと前記第２アンテナエレメントとは、それぞれ別体に設置されることを特徴とする請求項５ないし請求項７のいずれかに記載の車載アンテナ装置。
10. 前記第２アンテナエレメントは、ルームミラーの背面部に設置されることを特徴とする請求項９に記載の車載アンテナ装置。
11. 前記第１アンテナエレメントは、柔軟性を有するフィルム上に形成されることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の車載アンテナ装置。
12. 前記第１アンテナエレメントが形成される前記フィルムは、透明フィルムであることを特徴とする請求項１１に記載の車載アンテナ装置。
13. 前記第１アンテナエレメントは、金属細線により形成されることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の車載アンテナ装置。
14. 前記第１アンテナエレメントよりも長い線状の導体からなる第３アンテナエレメントを備え、
    前記第３アンテナエレメントが、フロントガラス上のルーフ端側、且つ、前記ルーフパネルと非接触な位置にて、前記第１アンテナエレメントに対して平行に配置されることを特徴とする請求項５ないし請求項１３のいずれかに記載の車載アンテナ装置。
15. 車両のフロントガラスに設置され、該車両の進行方向に指向性を有する輻射器を少なくとも設けた指向性アンテナと、
    前記輻射器よりも長い線状の導体からなる第３アンテナエレメントと、
    を備え、
    前記車両のルーフパネルが前記フロントガラスと接する辺をルーフ端として、
    前記第３アンテナエレメントが、前記フロントガラス上の前記ルーフ端側、且つ、前記ルーフパネルと非接触な位置にて、前記ルーフ端に対して平行に配置されることを特徴とする車載アンテナ装置。