JP2010004482A - 自動車用のパッチアンテナおよびその取付構造 - Google Patents

Abstract

【目的】自動車用の窓ガラスの室内面に平面パッチアンテナ貼り付けた場合に、該窓ガラスの前方、及び後方側から到来する電波を良好に受信する。
【構成】膜状または板状の導体板からなる放射板と、板状の導体板からなる地板とを誘電体部を介して三層重ね合わせ、放射板と地板に給電するようにした自動車用パッチアンテナにおいて、誘電体部は放射板の外周縁部より外側にはみ出した外周形状を有し、地板は誘電体部の全面を少なくとも覆う大きさで配置し、放射板の一部を折り曲げた折曲ラインで地板側に三層部を折曲げて略Ｌ字状とし、窓ガラスの室内面と接着させる放射板の接着面部と該接着面部から折曲げ、室内ガラス面から突起している折曲面部と、放射板の接着面部によって、該接着面部の接着するガラス板面側から到来する電波を受信可能とすると共に、折曲面部の放射板によって折曲部の放射板が面している方向から到来する電波も受信可能とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自動車の窓ガラスの室内側に装着され、衛星放送、衛星通信、マイクロ波帯域の各種通信の電波を好適に送受信できるパッチアンテナおよびその取付構造に関する。

近年、北米においては、ＸＭサテライトラジオ（衛星ラジオ）放送サービスが開始され、放送衛星や地上局から到来する円偏波や直線偏波の衛星デジタル放送波を受信するためのアンテナが開発され、実用化に到っている。

一方、日本国内においても、衛星放送・衛星通信サービス、ＧＰＳ、及び自動料金収受システム（ＥＴＣ）等のマイクロ波帯域において、デジタル電波及びアナログ電波の送受信に対応可能なアンテナが各種開発され、実用化されている。
これらのデジタル通信用のアンテナの一つとして、前記パッチアンテナは、板状またはシート状の放射板と地板とを対向させ、誘電体部を介して離隔して三層構造としたものが一般的であるが、該パッチアンテナを自動車のボディに取り付ける場合には、一般的にルーフやトランクの上面の水平な金属導体上で、前記放射板と地板が水平姿勢となるようにして取り付けられることが多いが、前記パッチアンテナを自動車の前部窓ガラスや、後部窓ガラスの室内面側に接着等によって取り付けたものも知られている。

パッチアンテナを自動車用窓ガラスの室内面に設けた例として、例えば、特開２００７−６８１２０号公報には、給電部を有すると共に複数箇所に逃げ孔を穿設した金属平板からなる放射導体と、この放射導体の板面に対向配置された第１接地導体と、金属平板を折曲加工してなり複数の起立部および各起立部の上端どうしを橋絡する橋絡部を有する第２接地導体とを備え、前記第２接地導体は前記起立部が前記第１接地導体に接続されて起立した状態で前記放射導体の前記逃げ孔を貫通していると共に、前記橋絡部が前記放射導体の前記第１接地導体とは反対側の板面に対向配置されていることを特徴とする車載用アンテナ装置が記載されている（特許文献１）。

また、特開２０００−３１７２５公報には無線通信を受信するために車両に搭載される車載用パッチアンテナであって、地板と、該地板上に設けられた誘電体の基板と、該基板上に設けられた金属のパッチアンテナ部とを備え、前記基板は、共振周波数５．８ＧＨｚ帯において比誘電率２〜４の誘電体部で形成されかつ厚さ１〜４ｍｍに設定され、前記地板は、その面積が前記バッチアンテナ部の面積以上かつ７６４ｍｍ²以下に設定されていることを特徴とする車載用パッチアンテナが記載されている（特許文献２）。

さらに、特開２００６−１３９５５公報には、地表面に対して傾斜する窓ガラスとして車両に配設されたガラス板の車室側の表面に形成された放射導体と、前記ガラス板の前記表面に固定された板金製のベースプレートと、該ベースプレートから斜めに延設された金属平板で前記放射導体と対向する反射板と、該反射板の背面および前記ベースプレートの平坦面に当接する当接辺縁を有して該反射板および該ベースプレートに取り付けられた角度保持部材と、前記放射導体と電気的に接続された回路基板と、該回路基板を収納して前記ベースプレートに取り付けられたハウジングとを備え、前記角度保持部材が前記当接辺縁に沿って打ち抜かれた金属板からなることを特徴とする車載用アンテナ装置が記載されている（特許文献３）。
特開２００７−６８１２０号公報 特開２０００−３１７２５公報 特開２００６−１３９５５公報

前記特許文献１については、パッチアンテナを自動車の前部窓ガラスや、後部窓ガラスの室内面側に取り付けた場合に、窓ガラスが地面に対して傾斜姿勢であるために、パッチアンテナの放射板を窓ガラスの室内面に接着させると、放射板を接着した窓ガラスが面している方向から到来する電波に対しては良好に電波を受信できるが、放射板の反対面側である地板側から到来する電波については、地板によって遮断されるため受信利得が得られないという問題点があった。

また、前記特許文献２については、ＥＴＣシステム用であるため、パッチアンテナを自動車の前部窓ガラスの室内面側に取り付け、ある特定エリアの前方から到来する電波に対してだけ良好に電波を受信できれば良いが、ＸＭサテライトラジオ（衛星ラジオ）や、ＧＰＳ等の電波を良好に受信するためには、前方だけでなく後方、側方から到来する電波についても、良好に受信利得を得る必要があった。

さらに、前記特許文献３については、自動車の窓ガラスの室内面に放射導体が印刷等によって形成され、該放射導体に固定された電子回路ユニットのベースプレート（地板に相当）の一部を外方に折り曲げた角度保持部材（外方突出片）を設けたものであるため、折れ曲がった角度保持部材の隙間を通して放射導体が放射導体とは反対方向から到来する電波に対して幾分電波を受信できるものの、通常のパッチアンテナのように放射導体全面を覆うように地板が構成されている訳ではないために、放射導体側から受信する電波に対してもパッチアンテナとしての性能の低下が避けられないという問題点があった。

本発明は、このような問題点、すなわち、地面に対して傾斜した自動車用の窓ガラスの室内面に平面パッチアンテナの放射板を貼り付けた場合に、該窓ガラスの前方側から到来する電波だけでなく、該窓ガラスの後方側から到来する電波に対しても良好に受信でき、また、大地からの雑音や大地反射マルチパスを拾わないようにすることを目的とするものである。

すなわち、本発明は、膜状または板状の導体板からなる放射板と、板状の導体板からなる地板とを誘電体部を介して三層重ね合わせ、放射板と地板に給電するようにした自動車用パッチアンテナにおいて、
前記誘電体部は前記放射板の外周縁部より外側にはみ出した外周形状を有し、前記地板は前記誘電体部の全面を少なくとも覆う大きさで配置し、前記放射板の一部を折り曲げしたような折曲ラインで地板側に前記三層部を折曲げて略Ｌ字状とし、窓ガラスの室内面と接着させる前記放射板の接着面部と、該接着面部から折曲げ、室内ガラス面から突起している折曲面部と、
前記放射板の接着面部によって、該接着面部の接着するガラス板面側から到来する電波を受信可能とすると共に、前記折曲面部の放射板によって折曲部の放射板が面している方向から到来する電波をも受信可能としたことを特徴とする自動車窓ガラス用のパッチアンテナである。

あるいはまた、本発明は、前記パッチアンテナの放射板の形状が四角形状、矩形状、円形状、多角形状としたことを特徴とする上述の自動車用のパッチアンテナである。

あるいはまた、本発明は、前記放射板、誘電体部および地板を略同心形状に設けたことを特徴とする上述の自動車窓ガラス用のパッチアンテナである。

前記パッチアンテナの放射板の上部側の折曲面部の面積は放射板全体の面積の５０％以下とすることを特徴とする上述の自動車のパッチアンテナである。

前記パッチアンテナの放射板の接着面部を自動車の前部窓ガラスまたは後部窓ガラスの室内面側に向けて接着させ、パッチアンテナの折曲面部を上部側としたことを特徴とする上述の自動車用のパッチアンテナである。

前記折線方向は水平方向で、該折線ライン位置で折曲げた折曲面部の方向が水平方向からガラス板面に対して垂直方向までとしたことを特徴とする上述の自動車用のパッチアンテナである。

前記パッチアンテナの対向する位置に２本の折曲ラインを対向するように上下方向に設け、該２本の折曲ラインをそれぞれ折り曲げて断面をコ字状としたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の自動車用のパッチアンテナである。

前記のいずれかに記載のパッチアンテナの放射板の接着面部を自動車の窓ガラスの室内面側に向けて接着させたことを特徴とするパッチアンテナの取付構造である。

本発明のパッチアンテナによれば、放射板側を、車両の前部窓ガラスや後部窓ガラスに接着して取り付けたことによって、放射板の平面部側が衛星に面する位置にある場合に、衛星から到来した電波を前記平面部で良好に受信できることは勿論、前記放射板の平面部の背面側が衛星に面する位置にある場合であっても、衛星から到来した電波が放射板の折曲部によって良好に受信できる。

このため、衛星の向きに係わらず、衛星からの電波を良好に受信でき、従来のようにアンテナビームがヌルになることが無い。

また放射板の上部を折り曲げた場合、折り曲げた面部を地面と平行にすることにより、大地熱雑音や大地反射マルチパスの影響を抑えることができて、アンテナ雑音温度Ｔを小さくすることになり、その結果としてＣＮ比（ＣＮＲ：Carrier to Noise Ratio の略で、搬送波対雑音比）の劣化を抑え、受信性能の向上を図ることが可能である。

本発明は、膜状または板状の導体板からなる放射板１１と、板状の導体板からなる地板１３とを誘電体部１２を介して三層重ね合わせ、放射板１１に同軸ケーブルの芯線、地板１３に外被導体線を給電可能にした自動車用パッチアンテナの改良である。

さらに詳述すると、前記誘電体部１２は前記放射板１１の片面の全面を少なくとも覆う大きさであって、放射板１１の中心部より外方全方位に向けて、放射板１１の各外周縁部より外側にはみ出した外周形状を有し、前記地板１３は前記誘電体部１２の片面の全面を少なくとも覆う大きさで形成する。

前記誘電体部１２の外周形状は、放射板１１の外周形状に比べて、放射板の中心部より外方に延ばした方向に離隔した外周形状を有している。

さらに、図１に示したように、前記放射板１１上に折曲ライン１１ａを設け、該折曲ライン１１ａで放射板１１を地板１３側に折り曲げるときに、前記放射板１１、誘電体部１２、地板１３からなる三層部を合わせて折曲げて断面を略Ｌ字状とする。前記放射板１１を少なくとも含む三層部は、放射板１１の折曲ライン１１ａを境界線として、２つの部分に分け、窓ガラスの室内面と接着させる面を接着面部１１ｂ、該接着面部１１ｂから折曲げ、室内ガラス面から突起している部分を折曲面部１１ｃとした。

このように、パッチアンテナの放射板１１の接着面部１１ｂを自動車の窓ガラスの室内側面に接着させたことにより、該窓ガラスの室外側から到来する電波をパッチアンテナの接着面部１１ｂで受信可能とすると共に、前記折曲面部１１ｃの放射板１１によって折曲面部１１ｃの放射板１１が面している方向から到来する電波を受信可能となった。

前記パッチアンテナの放射板１１の形状は、一般的には四角形状、矩形状であるが、円形状、多角形状とすることもできる。

さらに、前記パッチアンテナの放射板１１、誘電体部１２および地板１３はそれぞれの中心を略一致させた略同心形状に設けるのが好ましい。
また、前記パッチアンテナの放射板１１の折曲面部１１ｃの面積は放射板全体の面積の５０％以下とするのが好ましい。

さらにまた、前記パッチアンテナの放射板１１の接着面部１１ｂを自動車の前部窓ガラスまたは後部窓ガラスの室内面側に向けて接着し、パッチアンテナの折曲面部１１ｃが上部側となるようにしても良い。

前記折線方向は水平方向で、該折線ライン位置で折曲げた折曲面部１１ｃの方向が水平方向からガラス板面に対して垂直方向までとしても良い。

前記パッチアンテナの対向する位置に２本の折曲ライン１１ａを対向するように縦方向に設け、該２本の折曲ライン１１ａをそれぞれ折り曲げて断面をコ字状とすることもできる。このパッチアンテナは、放射板１１の折曲面部１１ｃを自動車の側部窓ガラスの室内面に接着させるのに適し、左右の側部窓ガラスにそれぞれ設ける場合に適している。
前記のいずれかに記載のパッチアンテナの放射板１１の接着面部１１ｂを自動車の窓ガラスの室内面側に向けて接着した。

前記放射板１１、誘電体部１２、地板１３の三層重なった部分に穿孔部を設け、該穿孔部の地板側に給電端子を固定した。該給電端子のマイナス極は地板１３と接続され、プラス極に接続されたピン状部材１７の先端を前記穿孔部内に遊挿させて誘電体部１２及び地板１３とは絶縁状態を保ち、さらにピン状部材１７の先端を放射板１１に半田付け固定した。

尚、車両用ガラスに前記三層のパッチアンテナの放射板１１を取り付ける場合には、直接接着剤で接着させたり、ケースに収めたものを接着剤や両面テープで取り付ければよい。

さらに、三層のパッチアンテナの地板１３側にアンプ回路を取り付けることにより、より性能を向上させることが可能である。

前記誘電体部１２は、低比誘電率の誘電体、高比誘電率の誘電体のいずれであっても良く、ガラスエポキシ基板や布状等の低比誘電率の場合には、全体寸法は大きくなり、一方、セラミック等の高比誘電率の誘電体とした場合には全体寸法を小型化できる。

以下、本発明の作用について説明する。

前記放射板１１、誘電体部１２、地板１３を重ねて三層としたパッチアンテナの少なくても放射板１１に折曲ライン１１ａを設けて略Ｌ字状に折曲げたのは、傾斜した車両用窓ガラスの室内面にパッチアンテナの放射板１１の接着面部１１ｂを取り付けたときに、接着面部１１ｂにより窓ガラス１面の正面方向（放射板１１方向）から到来する電波を放射板１１の接着面部１１ｂで良好に受信することができ、折曲面部１１ｃによって後方や天頂方向から到来する衛星電波を折曲面部１１ｃによって、良好に受信させるためである。

放射板１１の上部側の折曲面部１１ｃを例えば略水平面となる角度にＬ字状に折り曲げて、接着面部１１ｂにより窓ガラス１面の正面方向（放射板１１方向）から到来する電波を接着面部１１ｂで受信し、折曲げ面部で前記方向とは別の後方から到来する電波や、天頂方面から到来する衛星到来波を受信することができる。

尚、従来の平面パッチアンテナを用いて窓ガラス１に取り付けた場合、図６（ｂ）の指向特性図に示したように、取り付けた窓ガラス１の面外方向から到来する電波を好適に受信できても、逆方向から到来する電波を地板１３が遮断してしまうために受信感度が低下したり、大きなディップができて、満足する受信性能がでない。

また、パッチアンテナ１０の上部を折り曲げ、折曲面部１１ｃを地面と平行にすることにより、より大地熱雑音や大地反射マルチパスの影響を軽減することが可能である。

以下に本発明の実施例について、説明する。
［実施例１］
図１、図３に示すように、自動車の窓ガラス１に貼り付けて使用する略Ｌ字状のパッチアンテナ１０を構成する放射板１１、誘電体部１２、地板１３のそれぞれの寸法、材質は以下の通りである。すなわち、放射板１１の接着面部１１ｂは縦辺４０．１ｍｍ、横辺５３．５ｍｍであり、折曲面部１１ｃは、横辺５３．５ｍｍ、幅１３．４ｍｍで、厚み３５μｍの銅箔からなる。

誘電体部１２は、縦辺７０ｍｍ、横辺１１０ｍｍ、折り曲げた部分の幅４０ｍｍで、厚みは１．０ｍｍの布製である。

地板１３は、垂直面部が縦辺７０ｍｍ、横辺１１０ｍｍ、折り曲げた部分の幅４０ｍｍで、厚み３５μｍの銅箔からなり、該地板１３を直接誘電体部１２である布の裏面に貼り付けて、放射板１１の接着面部１１ｂと折曲面部１１ｃの角度を、取り付ける自動車の窓ガラス１の地面との傾斜角度に合わせ、折曲面部１１ｃが略水平面となる３０度となるようにした。

このようなパッチアンテナ１０を自動車の後部窓ガラス１の室内面の上辺中央部に取り付けたときの水平面内ビームについては、図６（ａ）に示した指向特性図のようになり、自動車の前部窓ガラス側、および後部窓ガラス側のいずれの方向についてもディップが無く、良好に受信することができた。

さらに、垂直面内ビームについては、図７の太い実線で示す実施例１が、細い実線で示す従来の平面パッチアンテナ１０’（図５参照）に比べて、天頂方面から到来する衛星到来波で、非常に優れた性能を発揮していることが確認できる。

［実施例２］
図２に示す実施例２は、パッチアンテナ１０の折り曲げ角度を、９０度とした例であり、各辺の寸法は、実施例１と同一である。
実施例２についても水平面内ビーム、垂直面内ビームについて、実施例１とほぼ同程度の性能が得られた。

［実施例３］
図４に示す実施例３は、誘電体部を高誘電率のセラミックにし、放射板１１を銅箔、地板１３を銅板としたものである。各寸法は、放射板１１の接着面部１１ｂにおける寸法は高さ１５ｍｍ、幅１０ｍｍであり、折曲面部１１ｃの寸法は、斜め上方の長さ７ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚み３５μｍ、誘電体部１２が高さ２０ｍｍ、幅２０ｍｍ、折り曲げた部分の斜め上方の長さ１０ｍｍ、厚み５．２ｍｍ、地板１３の垂直面部が高さ３５ｍｍ、幅４０ｍｍ、折り曲げた部分の斜め上方の長さ２５ｍｍ、厚み１ｍｍであり、放射板１１の接着面部１１ｂと折曲面部１１ｃの角度を取り付ける自動車の窓ガラス１の地面との傾斜角度に合わせ、折曲面部１１ｃが略水平面となる３０度となるようにした。

このようなパッチアンテナ１０を自動車の後部窓ガラス１の室内面の上辺中央部に取り付けたときの水平面内ビーム、および垂直面内ビームについて、実施例１とほぼ同等性能が得られたにも係わらず、サイズはほぼ実施例１の１／２とすることができ、自動車の前部窓ガラス側、および後部窓ガラス側のいずれの方向についてもディップが無く、良好に受信することができた。

［実施例４］
図示しないが、前記パッチアンテナ１０の対向する位置に２本の折曲ライン１１ａを対向するように縦方向に設け、該２本の折曲ライン１１ａをそれぞれ折り曲げて断面をコ字状とした。このパッチアンテナ１０の放射板１１の接着面部１１ｂを自動車の左右の側部窓ガラスの室内面にそれぞれ接着させるようにした。

側部窓ガラス１に接着した接着面部１１ｂで、該ガラス板１の面外方向の衛星電波を良好に受信し、折り曲げ面部で前後方向から到来する電波を受信することができた
［比較例１］
図５に示す従来の平面状のパッチアンテナ１０’の放射板１１’、誘電体部１２’、地板１３’の大きさは実施例１とほぼ同じであるが、実施例１のようにＬ字状に折り曲げたものではなく、平らな状態に伸ばしたものである。

このような従来の平面パッチアンテナ１０’を自動車の後部窓ガラスの室内面の上辺中央部に取り付けたときの水平面内ビームについては、図７の細線に示した指向特性図のようになり、自動車の後部窓ガラス方向から到来する衛星電波についてはディップが無く良好に受信することができるが、前部窓ガラス方向方向から到来する衛星電波については、大きなディップが存在し良好に受信することができない。

一方、垂直面内ビームについては、前記実施例１で記載した通り、図７の細い実線で示す従来の平面パッチアンテナ（図５参照）が、図７の太い実線で示す実施例１に比べて、天頂方面および天頂〜フロント側間から到来する衛星到来波の受信性能が大幅に低く、不十分であることが確認できる。

以上、好適な実施例により説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、種々の応用が可能である。

本発明の実施例１のパッチアンテナの側面図。 本発明の実施例２のパッチアンテナの側面図。 本発明の実施例２のパッチアンテナの斜視図。 本発明の実施例３のパッチアンテナの斜視図。 （ａ）、（ｂ）は、それぞれ従来のパッチアンテナの側面図と正面図。 （ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明の実施例１と従来の水平面内ビームの指向特性図。 本発明の実施例１と従来の垂直面内ビームの指向特性図。

符号の説明

１ 自動車用窓ガラス
１０ パッチアンテナ
１０’ 平面パッチアンテナ
１１ 放射板
１１ａ 折曲ライン
１１ｂ 接着面部
１１ｃ 折曲面部
１２ 誘電体部
１３ 地板
１５ 給電端子
１７ ピン状部材

Claims (8)

1. 膜状または板状の導体板からなる放射板と、板状の導体板からなる地板とを誘電体部を介して三層重ね合わせ、放射板と地板に給電するようにした自動車用パッチアンテナにおいて、
   前記誘電体部は前記放射板の外周縁部より外側にはみ出した外周形状を有し、前記地板は前記誘電体部の全面を少なくとも覆う大きさで配置し、前記放射板の一部を折り曲げしたような折曲ラインで地板側に前記三層部を折曲げて略Ｌ字状とし、窓ガラスの室内面と接着させる前記放射板の接着面部と、該接着面部から折曲げ、室内ガラス面から突起している折曲面部と、
   前記放射板の接着面部によって、該接着面部の接着するガラス板面側から到来する電波を受信可能とすると共に、前記折曲面部の放射板によって折曲部の放射板が面している方向から到来する電波をも受信可能としたことを特徴とする自動車窓ガラス用のパッチアンテナ。
2. 前記パッチアンテナの放射板の形状が四角形状、矩形状、円形状、多角形状としたことを特徴とする請求項１記載の自動車用のパッチアンテナ。
3. 前記放射板、誘電体部および地板を略同心形状に設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の自動車窓ガラス用のパッチアンテナ。
4. 前記パッチアンテナの放射板の上部側の折曲面部の面積は放射板全体の面積の５０％以下とすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の自動車のパッチアンテナ。
5. 前記パッチアンテナの放射板の接着面部を自動車の前部窓ガラスまたは後部窓ガラスの室内面側に向けて接着させ、パッチアンテナの折曲面部を上部側としたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の自動車用のパッチアンテナ。
6. 前記折線方向は水平方向で、該折線ライン位置で折曲げた折曲面部の方向が水平方向からガラス板面に対して垂直方向までとしたことを特徴とする請求項５記載の自動車用のパッチアンテナ。
7. 前記パッチアンテナの対向する位置に２本の折曲ラインを対向するように設け、該２本の折曲ラインをそれぞれ折り曲げて断面をコ字状としたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の自動車用のパッチアンテナ。
8. 前記請求項１乃至７のいずれかに記載のパッチアンテナの放射板の接着面部を自動車の窓ガラスの室内面側に向けて接着させたことを特徴とするパッチアンテナの取付構造。

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