JP2011049825A - 車両用受信設備 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁雑音の更なる抑制を実現して、商品性の向上を図ることができる車両用受信設備を提供する。
【解決手段】車両２０の金属製のルーフ部２１の車両後方側の周縁部に配置されたアンテナ素子１１と、ルーフ部２１のアンテナ素子１１の配置箇所と等電位になるよう一端がルーフ部２１に電気的に接続され、ルーフ部２１から車両のリヤガラス３０に沿って車両後方に向かって延設されたラジアル１２ａと、ルーフ部２１を含む金属製の部材に囲まれたリヤガラス３０に沿って車幅方向に延在してラジアル１２ａに接続される導線１２ｂと、アンテナ素子１１で受信した信号が入力される受信機と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、金属製のルーフ部にアンテナを備える車両用受信設備に関するものである。

従来から、車両のルーフパネル後部にラジオ放送等の放送波を受信するためのアンテナを立設して備える車両用の受信設備が知られている。この車両用の受信設備は、車両に各種電気機器が搭載されている都合上、これら電気機器が発生するノイズによる電磁雑音を抑制する必要がある。その一つの方法として、ノイズを発生する電気機器を金属製のカバーで覆うという手法があるが、電気自動車やハイブリッド車などの場合、ノイズを発生する電気機器の搭載数が多いため、ノイズを発生する可能性がある全ての電気機器を金属製のカバーで覆うのはコスト面や設置スペースの都合で事実上困難となっていた。
そこで、車室内からのノイズが貫通し易いウインドウガラス、とりわけアンテナが立設された金属製のルーフ部の近傍に配置されたリヤウインドウガラス上に、アンテナ基部の接地点近傍から車両後方に接地されたラジアルを延設することで車室内からのアンテナへのノイズの入射を抑制するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−１１１７０４号公報

上述した車両用受信設備にあっては、ラジアルの追加によってアンテナへのノイズの入射による電磁雑音を低減できることが確認されているものの、近年、更なる受信品質の向上を図るべく電磁雑音のより一層の低減が要望されている。
この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、電磁雑音の更なる抑制を実現して、商品性の向上を図ることができる車両用受信設備を提供するものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、車両（例えば、実施形態における車両２０）の金属製のルーフ部（例えば、実施形態におけるルーフ部２１）の車両後方側の周縁部に配置されたアンテナ素子（例えば、実施形態におけるアンテナ素子１１）と、前記ルーフ部の前記アンテナ素子の配置箇所と等電位になるよう一端が前記ルーフ部に電気的に接続され、このルーフ部から車両のリヤガラス（例えば、実施形態におけるリヤガラス３０）に沿って車両後方に向かって延設されたラジアル（例えば、実施形態におけるラジアル１２ａ）と、前記ルーフ部を含む金属製の部材に囲まれた前記リヤガラスに沿って車幅方向に延在して前記ラジアルに接続される導線（例えば、実施形態における導線１２ｂ）と、前記アンテナ素子で受信した信号が入力される受信機（例えば、実施形態における受信機１６）と、を備えたことを特徴とする。

請求項２に記載した発明は、請求項１に記載の発明において、前記導線は、前記リヤガラスの車幅方向全域に亘って延在していることを特徴とする。

請求項３に記載した発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、複数の前記導線が設けられ、各導線の間隔は、受信波の波長をλとしたとき、略λ／ｎ（ｎ＝実数）であることを特徴とする。

請求項４に記載した発明は、請求項１乃至３の何れか一項に記載の発明において、前記導線は、前記リヤガラスの前記アンテナ素子に近い側である前記リヤガラスの上部にのみ設けられることを特徴とする。

請求項５に記載した発明は、請求項１乃至４の何れか一項に記載の発明において、前記導線は、その車幅方向の中心位置で前記ラジアルに接続されることを特徴とする。

請求項６に記載した発明は、請求項１乃至５の何れか一項に記載の発明において、前記車両は、その後部に電力制御装置を備えたハイブリッド車両または電気自動車であることを特徴とする。

請求項１に記載した発明によれば、リヤガラスに沿って延設されたラジアルによって、ラジアルの延設方向すなわち、リヤガラスの上下方向の成分を有する電界ノイズをシールドすることができるとともに、リヤガラスに沿って延設された導線によって車幅方向の成分を有する電界ノイズをシールドすることができる。したがって、車室内の電気機器からリヤガラスを介して各方向成分を有する電界ノイズがアンテナへ到達するのを防止することができるため、ラジアルだけを用いる場合と比較して導線を用いた分だけ、受信品質の向上を図り商品性を向上することができる。

請求項２に記載した発明によれば、請求項１の効果に加え、リヤガラスの車幅方向の略全域に導線を設けることで、より一層電界ノイズによる影響を低減することができる効果がある。

請求項３に記載した発明によれば、複数設けられた導線の間隔がそれぞれ、略λ／ｎ（ｎ＝実数）に設定されることで、波長λの受信波の受信感度を向上して、より効率的に電界ノイズによる影響を低減することができる効果がある。

請求項４に記載した発明によれば、導線をリヤガラスの上部にのみ設けることで、アンテナへの影響が大きいアンテナ近傍のリヤガラス上部から車室外に放射される電界ノイズを抑制することができるため、例えば、大型のリヤガラスを用いている車両では、リヤガラス上部にのみ導線を配置することで導線の本数を削減でき、効率よく電界ノイズを抑制して受信品質の向上を図ることができる。またアンテナ近傍のリヤガラスの上部にのみ導線が設けられているので後方の視認性が損なわれない。

請求項５に記載した発明によれば、導線がその車幅方向中心位置、すなわち長手方向の中心位置でラジアルに接続されるため、導線の両端部をより等電位化することができるため、導線によるシールド性能のばらつきを抑制してシールド性能の均一化を図ることができる。

請求項６に記載した発明によれば、とりわけ、リヤガラスに近い車両後部に、高電圧を用いる駆動系の電気機器が設置されるハイブリッド車両や電気自動車に適用することで、アンテナへのノイズの影響を大幅に低減することができる。

本発明の実施形態における車両用受信設備を示す斜視図であり、（ａ）は車両用受信設備を設置した車両の斜視図であり、（ｂ）は、その要部を拡大して模式的に示した図である。 本発明の実施形態における車両用受信設備を模式的に示す説明図である。 本発明の実施形態におけるラジアルおよび導線の配索パターンを模式的に示した図である。 アンテナ素子へ入射されるノイズの電界強度の周波数特性を示すグラフである。 入射を抑制可能な電界ノイズの入射方向を説明するための図であり、（ａ）はラジアルおよび導線を設けた場合、（ｂ）はラジアルのみを設けた場合である。 本発明の実施形態の第１変形例における図３に相当する図である。 本発明の実施形態の第１変形例の他の態様における図３に相当する図である。 本発明の実施形態の第２変形例における図３に相当する図である。 本発明の実施形態の第３変形例における図３に相当する図である。

次に、この発明の実施形態における車両用受信設備について図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態の車両用受信設備１が設置された車両２０を示すものである。この車両２０は、ハイブリッド車または電気自動車であって、その車室内後部下方に、モータを駆動するためのインバータやバッテリ等のパワーユニットを備えている。車両２０のリヤガラス３０は、ルーフ部２１を含む車両２０のボディを構成する金属製のパネルに囲まれており、ルーフ部２１の後端のリヤガラス３０の近傍には、車両２０の車幅方向の略中央位置にアンテナ素子１１が配置されている。これにより、ルーフ部２１が車両２０のうち最も地上高の高い位置を占めることから、ルーフ部２１に配置されたアンテナ素子１１の設置高も高くなり、特に超短波以上の周波数帯域において、受信信号の強度を高めることができる。また、ルーフ部２１の後端部にアンテナ素子１１を配置することによって、車両２０に流麗な印象を付与し、その意匠性を向上させることができる。

アンテナ素子１１は、車載ラジオアンテナとして用いられている接地形の例えばマイクロアンテナやホイップアンテナであって、金属製のルーフ部２１に接地され、その電気的な長さ（電気長）が波長λの受信波に良好に共振するλ／４や、水平方向に近い打ち上げ角が得られる５λ／８等に設定される。そして、アンテナ素子１１の接地点近傍のルーフ部２１からリヤガラス３０に沿って、車両２０の前後方向の一方である後方に向かいラジアル１２ａが配索されている。なお、アンテナ素子１１の電気長はλ／４や５λ／８に限られるものではない。

ラジアル１２ａは、導体線または導体膜からなり、例えば、銀線、銅線またはアルミニウム線を絶縁被覆したものなどで構成される。ラジアル１２ａの車両前後方向の一端であるアンテナ素子１１に近い側の端部（以下、単に前端部と称す）は、ルーフ部２１を介してアンテナ素子１１の接地点と電気的に接続されている。なお、ラジアル１２ａの前端部と、アンテナ素子１１の接地点とは、ルーフ部２１を介さず直接接続したり、図示しない接続線等により接続してもよい。またラジアル１２ａに、高周波電流の実効抵抗値を低くする観点からリッツ線を用いるようにしてもよい。

ラジアル１２ａは、ルーフ部２１上のアンテナ素子１１に近い接地点から、リヤガラス３０の面に沿って、ルーフ部２１から遠ざかる方向に延設される。より具体的には、ルーフ部２１の周縁部の後方にアンテナ素子１１が配置されている場合、ラジアル１２ａはルーフ部２１上の接地点から、車両２０（図１参照）の前後方向に沿う概略後方に向かって、リヤガラス３０の面に沿って延設されている。つまり車両２０を左右に分割する面に対して平行にラジアル１２ａが延設される。なお、ラジアル１２ａの配置は、リヤガラス３０に沿って配置されていれば良く、リヤガラス３０の車室外面上または車室内面上、或いは、リヤガラス３０内部でもよい。

ここで、上述したラジアル１２ａの電気長は、受信波の（自由空間での）波長λを基準として、この受信波の基本波に共振するように、例えば、λ／４に設定されている。この場合、ラジアル１２ａの物理的な長さ（物理長）は、その電気長（つまり、λ／４）に、リヤガラス３０の誘電率などを考慮して決定される所定の波長短縮率を乗算した値となる。なお、ラジアル１２ａの電気長は、５λ／８としてもよく、この場合、例えば、アンテナ素子１１の電気長も５λ／８とするとよい。さらに、ラジアル１２ａの電気長は、λ／ｎ（ｎは、１以上２０以下の整数）としたときも、良好な受信性能が得られる。ラジアル１２ａの長さをλ／ｎとしたのは、受信波の低調波、基本波、高調波のいずれかに共振動作するからであり、ｎを２０以下としたのは、ラジアル１２ａがこの長さであるとき、ラジアル１２ａが所定の効果を発揮することが期待でき、また、ラジアル１２ａが受信波の波長λに対して短すぎると、効果が期待できないからである。

また、ラジアル１２ａの長さの基準は、ラジアル１２ａがリヤガラス３０上に延設されている部分の長さとしてもよい。つまり、リヤガラス３０に沿って配置されるラジアル１２ａの電気長を、５λ／８、λ／４、またはλ／ｎ（ｎは、１以上２０以下の整数）としてもよい。なぜなら、ラジアル１２ａは、ルーフ部２１の後端部に配置ざれたアンテナ素子１１の近傍から延設されているため、ラジアル１２ａの大部分がリヤガラス３０上に延設されているからである。また、ラジアル１２ａは、金属部材であるルーフ部２１上よりも、誘電体からなるリヤガラス３０上に延設された部分が、グランドプレーンとして特徴的に動作するからである。

ところで、上述したラジアル１２ａには、リヤガラス３０に沿って車幅方向に延在する導線１２ｂが接続されている。この導線１２ｂは、図３に示すように、その長手方向の中心位置でラジアル１２ａに接続されている。導線１２ｂは、上述したラジアル１２ａと同様に、例えば、銀線、銅線またはアルミニウム線を絶縁被覆したもの、或いはリッツ線などで構成される。導線１２ｂは、リヤガラス３０の車幅方向の略全領域に亘って延在され、その長さは、導線１２ｂの配置された位置におけるリヤガラス３０の湾曲分を含めた車幅方向の長さ寸法よりも若干短く設定される。これにより、導線１２ｂの両端部は、リヤガラス３０周りの金属製のパネルからやや離間されて配置される。また、導線１２ｂ同士の間隔は、受信波の波長をλとすると、略λ／ｎ（ｎ＝実数）となるように設定されている。なお、導線１２ｂの両端部は、リヤガラス３０の車幅方向外側に位置する金属製のパネルに接地して設けてもよい。なお、図３では、ラジアル１２ａの後端部がリヤガラス３０の上下方向の中央付近に配置される場合を示している。

図１（ｂ）に示すように、車両２０のリヤガラス３０には、複数の熱線３１を含むデフオッガ３２が配置され、スイッチ２６およびヒューズ（図示せず）などを介してバッテリ２７に接続されている。デフオッガ３２の熱線３１は、上述した導線１２ｂおよびラジアル１２ａに対して絶縁材を介在させたり、離間配置することで電気的に絶縁される。

図２は、本実施形態の車両用受信設備１を模式的に示したものである。
図２に示すように、車両用受信設備１は、アンテナ素子１１、ラジアル１２ａおよび導線１２ｂを備えたアンテナ１０と、内部導体（心線）１４および外部導体（鋼線）１３を備えた同軸ケーブル１５と、受信機１６とを備えている。
アンテナ素子１１は、その本体直下に、目的の周波数の受信信号を増幅する小信号高周波増幅器である前置増幅器１７が配置され、この前置増幅器１７には同軸ケーブル１５を介して受信機１６が接続されている。なお、前置増幅器１７の配置はアンテナ素子１１の本体直下に限られるものではない。

同軸ケーブル１５の外部導体１３の一端（上端）は、アンテナ素子１１の出力端子の接地側とともに、ルーフ部２１に電気的に接続されている。ラジアル１２ａも、この接続箇所またはその近傍に接地されているので、アンテナ素子１１の接地点、同軸ケーブル１５の上端部、および、ラジアル１２ａのアンテナ素子１１側は、受信時にほぼ同電位で動作する。これにより、アンテナ素子１１の車両前方では、ルーフ部２１がグランドプレーンとして動作し、アンテナ素子１１の車両後方では、ラジアル１２ａおよび導線１２ｂがグランドプレーンとして動作する。このように、アンテナ１０は、実質的に水平面内無指向性となるため、車両２０の変針によるフェージングの影響を抑制できる。

同軸ケーブル１５の他端（下端）の内部導体１４は、受信機１６の内部の回路に接続され、同軸ケーブル１５の他端の外部導体１３は、受信機１６の筐体に接続されている。受信機１６の筐体は金属製であり、車両２０の車室内で車体のインナーパネルなどに接地されている。このように、アンテナ素子１１の接地側、ラジアル１２ａのアンテナ素子１１側、ルーフ部２１の後端部、同軸ケーブル１５の外部導体１３、および、受信機１６の筐体がおのおの電気的に接続され、ルーフ部２１や車両２０の車室内のインナーパネル等に接地されているため、アンテナ素子１１の受信信号は、車室内に設置されたインバータやバッテリ等のパワーユニットなどに起因する電界ノイズからシールドされ、電磁雑音の混入が抑制された状態で受信機１６に到達する。

受信機１６は、典型的には、超短波放送（いわゆるＦＭラジオ放送）を受信するものであるが、中波放送（いわゆるＡＭラジオ放送）、テレビジョン放送、文字多重放送、音声多重放送、データ多重放送などの受信機能を有していてもよい。これらの場合、アンテナ素子１１に加えて、受信対象となる放送波の周波数に適合した素子を設ければよい。

図４は、車室内のパワーユニット等のノイズ源から所定の強度で発せられた電界ノイズに対する車両用受信設備１の受信特性を示すグラフであり、ノイズレベルの大きさである電界強度を縦軸、電界ノイズの周波数を横軸としている。このグラフにおいて、実線は本実施形態のラジアル１２ａおよび導線１２ｂを設けた場合（図中、前後＋左右パターン）の受信特性であり、一点鎖線はラジアル１２ａのみを設けた場合（図中、前後パターン）の受信特性であり、破線がラジアル１２ａおよび導線１２ｂの両方を設けていない場合（パターンなし）の受信特性を示している。ここで、図４に示す受信特性は、電界強度が１．０［Ｖ／ｍ］のノイズフロアー（暗ノイズ）を基準とした場合の受信特性であって、電界強度が大きくなるほど、車室内からの電界ノイズが透過し易いことを示している。つまり、電界強度が１．０［Ｖ／ｍ］よりも大きくなるほどアンテナ素子１１で受信される電界ノイズの強度が大きくなる一方、電界強度が１．０［Ｖ／ｍ］に近いほどアンテナ素子１１で受信される電界ノイズの強度が小さくなる。

図４に示すように、本実施形態のラジアル１２ａおよび導線１２ｂを設けている場合（前後＋左右パターン）は、図示している７５ＭＨｚ〜１１０ＭＨｚの全ての周波数帯域において電界強度が１．０１［Ｖ／ｍ］以下に抑制されている。
これに対して、ラジアル１２ａのみを設けている場合（前後パターン）およびラジアル１２ａおよび導線１２ｂを設けていない場合（パターンなし）は、ノイズ周波数の増加に伴って２次関数的に電界強度が上昇している。より具体的には、ラジアル１２ａのみを設けている場合では１０５ＭＨｚを超えた辺りで電界強度が１．１［Ｖ／ｍ］を超え、ラジアル１２ａおよび導線１２ｂを設けていない場合は、９５ＭＨｚ程度で電界強度が１．１［Ｖ／ｍ］を超えてしまう。
つまり、ノイズ周波数が高いほど車室内から発せられる電界ノイズが車室外へ放射される傾向となるが、この実施形態のラジアル１２ａおよび導線１２ｂの両方を設けることで、ラジアル１２ａだけを設けた場合よりも上述したノイズ周波数の上昇に伴う影響が抑制され、とりわけ上記７５ＭＨｚ〜１１０ＭＨｚを含むＦＭ帯において、電磁波の透過度が抑制されて、車室内からの放射電波（ノイズ）の影響が出難いことが分かる。

したがって、この実施形態の車両用受信設備１によれば、リヤガラス３０に沿って延設されたラジアル１２ａによって、図５（ａ）に示すように、ラジアル１２ａの延設方向すなわち、リヤガラス３０の上下方向の成分を有する電界ノイズの入射をシールドすることができるとともに、リヤガラス３０の車幅方向に沿って延設された導線１２ｂによって車幅方向の成分を有する電界ノイズをシールドすることができるため、車室内の電気機器からリヤガラス３０を介して各方向成分を有する電界ノイズがアンテナ素子１１へ到達するのを防止することができ、この結果、図５（ｂ）に示す従来例のようにラジアル１２ａだけを用いる場合と比較して導線１２ｂを用いた分だけ、受信品質の向上を図り商品性を向上することができる。

さらに、リヤガラス３０の車幅方向の略全域に導線１２ｂが設けられることで、より一層電界ノイズのシールド効果を高めることができる。
また、複数設けられた導線１２ｂの間隔がそれぞれ、略λ／ｎ（ｎ＝実数）に設定されているため、より効率的に電界ノイズのシールド効果を高めることができる。

そして、導線１２ｂをリヤガラス３０の上部にのみ設けることで、アンテナ素子１１への影響が大きいアンテナ近傍のリヤガラス３０の上部から車室外に放射される電界ノイズを抑制することができるため、とりわけ大型のリヤガラス３０を用いている車両では、リヤガラス３０上部にのみ導線１２ｂを配索することで導線１２ｂの本数を削減でき、効率よく電界ノイズを抑制して受信品質の向上を図ることができる。また、アンテナ素子１１近傍のリヤガラス３０の上部にのみ導線１２ｂが設けられているので後方の視認性が損なわれない。

また、リヤガラス３０に近い車両後部にインバータやバッテリ等高電圧を用いた駆動系のパワーユニットが設置されているハイブリッド車両や電気自動車に適用することで、インバータやバッテリ等のパワーユニットに起因するアンテナ素子１１への電界ノイズの入射を大幅に低減することができる。

次に上述した実施形態におけるラジアル１２ａおよび導線１２ｂの配索パターンの変形例について図面を参照しながら説明する。なお、上述した実施形態と同一部分に同一符号を付して説明する。
図６は、ラジアル１２ａ及び導線１２ｂの配索パターンの第１変形例を示すものである。この図６に示すように、この第１変形例の配索パターンは、ラジアル１２ａの下端部（後端部）をリヤガラス３０の下縁近傍まで延伸して設けている。また、この第１変形例では、ラジアル１２ａの長さに応じてラジアル１２ａに接続される導線１２ｂの本数を増加させている。なお、図７に示すようにラジアル１２ａの下端部をリヤガラス３０の下方の金属製のパネルに接地させてもよい。
この第１変形例のように構成することで、リヤガラス３０上部だけではなく、リヤガラス３０の全域に亘って電界ノイズが車室外に放射されるのを抑制することができる。

図８は、ラジアル１２ａ及び導線１２ｂの配索パターンの第２変形例を示すものである。この図８に示すように第２変形例の配索パターンは、上述した実施形態よりも導線１２ｂの長さ寸法が相対的に短く設定されており、リヤガラス３０の周縁部分を除く領域に導線１２ｂが配置されている。このように導線１２ｂを短く設定した場合でも、電界ノイズが貫通するリヤガラス３０の主要部分に導線１２ｂが配置されることとなるため、十分に電磁雑音を抑制することができる。なお、図８では、ラジアル１２ａの下端部が接地された一例を示しているが、この下端部が接地されていなくとも同様に電磁雑音の抑制効果を奏し得る。

図９は、ラジアル１２ａ及び導線１２ｂの配索パターンの第３変形例を示すものである。この図９に示すように、第３変形例の配索パターンは、上述した第１変形例における導線１２ｂの間隔をλ／ｎ（ｎは、１以上２０以下の整数）の条件を満たしつつ拡大したものである。このように導線１２ｂの間隔を拡大することで、第１変形例よりも少ない本数の導線１２ｂで効率よく電界ノイズをシールドすることができる。

１２ａ ラジアル
１２ｂ 導線
１６ 受信機
２０ 車両
２１ ルーフ部
３０ リヤガラス

Claims (6)

1. 車両の金属製のルーフ部の車両後方側の周縁部に配置されたアンテナ素子と、
   前記ルーフ部の前記アンテナ素子の配置箇所と等電位になるよう一端が前記ルーフ部に電気的に接続され、このルーフ部から車両のリヤガラスに沿って車両後方に向かって延設されたラジアルと、
   前記ルーフ部を含む金属製の部材に囲まれた前記リヤガラスに沿って車幅方向に延在して前記ラジアルに接続される導線と、
   前記アンテナ素子で受信した信号が入力される受信機と、
   を備えたことを特徴とする車両用受信設備。
2. 前記導線は、前記リヤガラスの車幅方向の略全域に亘って延在していることを特徴とする請求項１に記載の車両用受信設備。
3. 複数の前記導線が設けられ、各導線の間隔は、受信波の波長をλとしたとき、略λ／ｎ（ｎ＝実数）であることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用受信設備。
4. 前記導線は、前記リヤガラスの前記アンテナ素子に近い側である前記リヤガラスの上部にのみ設けられることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の車両用受信設備。
5. 前記導線は、その車幅方向の中心位置で前記ラジアルに接続されることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の車両用受信設備。
6. 前記車両は、その後部に電力制御装置を備えたハイブリッド車両または電気自動車であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の車両用受信設備。

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