JP2011091555A - 車両用アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ワイパーの動作にかかわらず、安定したアンテナ性能を得ることができる車両用アンテナ装置を提供する。
【解決手段】車両１００の車両ボディである金属性のボンネット１０２から所定の間隔ｄを隔てて、フロントガラス１０１の表面に透明導電材１０３を貼付する。給電部１１３がワイパー１０４ａにボンネット１０２をグラウンドとして不平衡給電すると、透明導電材１０３とボンネット１０２との間に形成されたスリット部と、ワイパー１０４ａとが電磁結合する。
【選択図】図５（ａ）

Description

本発明は、ワイパーと窓ガラスを利用した車両用アンテナ装置に関する。

近年、全地球測位システム（ＧＰＳ：Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）、自動料金収受システム（ＥＴＣ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｏｌｌ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）、道路交通情報通信システム（ＶＩＣＳ：Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）、地上波ディジタルテレビジョン放送（ＤＴＶ：Ｄｉｇｉｔａｌ Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ）、路車間通信、及び車車間通信など、様々な無線通信システムに対応するため、車両には複数のアンテナを搭載する必要がある。このため、アンテナを設置する場所の確保が要求されている。

アンテナの設置場所の一つとして、フロントガラスに透明導電材のアンテナ素子を貼付する構成が検討されている。例えば、ＶＨＦ帯では波長が１ｍ以上あるため、大型のアンテナ素子が必要になる。このため、１ｍ×１．５ｍ程度の面積を有する一般的な乗用車のフロントガラスは、大型のアンテナ素子の設置場所として適していると考えられる。

しかしながら、このような透明導電材で構成されるアンテナ素子へ同軸ケーブルを用いて給電する場合、透明導電材の耐熱性の問題から半田付けができず、アンテナ素子に同軸ケーブルを物理的に接触させるための機構構造が必要となる。この結果、構成が複雑になるという課題があった。

そこで、例えば、特許文献１に開示の自動車用ガラスアンテナが提案されている。特許文献１に開示のアンテナは、図１に示すように、ガラス板１１の表面に透明導電材１２を貼付し、透明導電材１２と、透明導電材１２の近傍に配設されたアンテナ導体１３とを容量結合させるものである。簡単な構造で給電可能な非透明のアンテナ導体１３に給電する構成であるため、透明導電材１２へ直接的に給電する必要がなくなり、給電構成を簡易化することができる。また、大きな面積を有するアンテナを構成することができるため、高いアンテナ性能を実現することができる。

また、フロントガラス以外の他の設置場所として、比較的大きな寸法を有するワイパーをアンテナ素子として利用することも検討されている。このようなアンテナとして、例えば、特許文献２に開示のアンテナが提案されている。特許文献２に開示のアンテナは、図２に示すように、ワイパーアーム２１とワイパーブレード２２から構成されるワイパー２０をワイパー軸２３から絶縁し、ワイパー２０をアンテナ素子として動作させるものである。

特開昭６２−１３１６０６号公報 特開平１０−６５４２１号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示の自動車用ガラスアンテナでは、一般的にフロントガラスにアンテナ素子を配設する場合、図３に示すように、ワイパー１４及びワイパー１５が存在する。このため、図４に示すように、ワイパーの動作角度βに対して、放射指向性が大きく変化し、安定したアンテナ性能が得られないという問題がある。これは、ワイパー１４及びワイパー１５が、透明導電材及びアンテナ導体に対して物理的に近接し、アンテナ特性に影響を及ぼすからである。なお、図４において、＋Ｘ方向は車両進行方向、＋Ｙ方向は車両右側面方向を示しており、動作角度βが０度である場合はワイパーが収納された状態を示している。

また、特許文献２に開示のアンテナでは、ワイパー自体をアンテナとして動作させるため、ワイパーの駆動により、アンテナの放射指向性や偏波方向が変化することになり、安定した性能が得られないという問題がある。

本発明の目的は、ワイパーの動作にかかわらず、安定したアンテナ性能を得ることができる車両用アンテナ装置を提供することである。

本発明の車両用アンテナ装置は、車両の窓ガラスと、前記車両の車体グラウンドと所定の間隔を隔て、前記窓ガラス面に貼付された所定の光学的透過率を有する導電材と、前記窓ガラス面に沿って摺動するワイパーと、前記ワイパーの一端を前記車体グラウンドに対して不平衡給電する給電部と、を具備する構成を採る。

本発明によれば、ワイパー動作にかかわらず、安定したアンテナ性能を得ることができる。

特許文献１に開示のアンテナ装置の構成を示す図 特許文献２に開示のアンテナ装置の構成を示す図 特許文献１に開示のアンテナ装置の他の構成を示す図 特許文献１に開示のアンテナ装置の放射指向性を示す図 本発明の一実施の形態に係る車両用アンテナ装置の構成を示す上視図 本発明の一実施の形態に係る車両用アンテナ装置の構成を示す断面図 図５に示した給電部の構成を示す図 停止位置におけるワイパーと透明導電材との位置関係を示す図 透明導電材が貼付されていない場合における車両前方側の水平（ＸＹ）面放射指向性を示す図 透明導電材が貼付されていない場合における車両前方側の垂直（ＸＺ）面放射指向性を示す図 本発明の一実施の形態に係る車両用アンテナ装置の車両前方側の水平（ＸＹ）面放射指向性を示す図 本発明の一実施の形態に係る車両用アンテナ装置の車両前方側の垂直（ＸＺ）面放射指向性を示す図 本発明の一実施の形態に係る車両用アンテナ装置の電流分布を示す図 異なる長さのワイパーにおける車両前方側の放射指向性を示す図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（一実施の形態）
図５は、本発明の一実施の形態に係る車両用アンテナ装置の構成を示す図である。図５（ａ）は、車両前方を上方向から見た上視図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）に示したＡ−Ａ’の切断面を示す断面図である。

図５に示すように、車両１００の車両ボディである金属性のボンネット１０２から所定の間隔ｄを隔てて、フロントガラス１０１の車両室内側に寸法がａ×ｂの透明導電材１０３が貼付されている。

透明導電材１０３は、例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）や導電性粒子を格子状などの幾何学パターンで形成したものであり、例えば、光学的透過率が８０％以上を有する。

ワイパー１０４ａ及び１０４ｂは、導電性のワイパーアーム１０５、導電性のワイパーブレード１０６及びワイパーゴム１１６を備えている。また、ワイパー１０４ａの一端がワイパー駆動基端部１０７ａに接続され、ワイパー１０４ｂの一端がワイパー駆動基端部１０７ｂに接続されている。なお、ワイパー１０４の長さＬは、図５（ｂ）に示すように、ワイパーアーム１０５の端点のうち、ワイパー駆動基端部１０７と接続する側の端点から、ワイパーブレード１０６の端点のうち、ワイパーアーム１０５と接続する側の端点までの長さである。

ワイパーブレード１０６は、透明導電材１０３と間隔ｓ１を隔てて配置されている。ここでは、間隔ｓ１は、フロントガラス１０１、透明導電材１０３及びワイパーゴム１１６の厚さの合計となる。

ワイパー駆動基端部１０７ａはリンク連結部１０８ａと、ワイパー駆動基端部１０７ｂはリンク連結部１０８ｂとそれぞれ接続されている。

リンク連結部１０８ａ、１０８ｂ、第１のリンク１０９、第２のリンク１１０はワイパーを駆動させるための機構部品である。リンク連結部１０８ａは、リンク連結部１０８ｂと第１のリンク１０９により連結され、また、ワイパーモーター１１１と第２のリンク１１０により連結されている。このような構成とすることにより、ワイパーモーター１１１の回転動作に連動してワイパー１０４ａ及び１０４ｂが駆動することになる。

同軸ケーブル１１２は、一端がワイパー１０４ａのワイパーアーム１０５の一端に配置される給電部１１３に電気的に接続され、同軸ケーブル１１２の他端が図示せぬ無線回路に接続されている。

図６は、図５に示した給電部１１３の構成を示す図である。図６（ａ）は分解した状態を示し、図６（ｂ）は実装した状態を示す。図６に示すように、同軸ケーブル１１２とワイパーアーム１０５とを接続するために、同軸ケーブル１１２の内導体１１４の先端をリング形状とし、ワイパー駆動基端部１０７ａに内導体１１４とワイパーアーム１０５を電気的に接続するようにナット１１５により固定し、給電部１１３を構成する。このとき、内導体１１４とワイパー駆動基端部１０７ａとの間及びワイパーアーム１０５とナット１１５との間にそれぞれ樹脂などの絶縁体を挟み込むことにより、内導体１１４と、ワイパー駆動基端部１０７ａに電気的に接続されているリンク連結部１０８ａ等とを絶縁する。

なお、同軸ケーブル１１２の外導体は、ボンネット１０２に電気的に接続される。また、ワイパー１０４ｂは、ボンネット１０２及びワイパー駆動基端部１０７ｂと絶縁されている。

図７は、予め設定された停止位置におけるワイパー１０４ａと透明導電材１０３との位置関係を示す図である。ワイパー１０４ａの停止位置において、透明導電材１０３とワイパー１０４ａとが最も近接した間隔がｓ２となるように、透明導電材１０３がフロントガラスに貼付される。

このような構成を有する車両用アンテナ装置は、給電部１１３がワイパー１０４ａにボンネット１０２をグラウンドとして不平衡給電する。これにより、透明導電材１０３とボンネット１０２との間に形成されたスリット部と、ワイパー１０４ａとが電磁結合し、スリット部がスロットアンテナとして動作することになる。

次に、上記構成を有する車両用アンテナ装置の放射指向性について説明する。ここでは、動作周波数をＶＨＦ帯である２００ＭＨｚ帯とする。

図８及び図９は、透明導電材１０３が貼付されていない場合、すなわち、ワイパー１０４ａのみをアンテナ素子として動作させた場合において、ワイパーの動作角度αに対する車両前方側の放射指向性を示す。図８及び図９においても、図５（ｂ）に示したように、＋Ｘ方向は車両進行方向を、＋Ｙ方向は車両右側面方向を、＋Ｚ方向は天頂方向をそれぞれ示している。

図８は、水平（ＸＹ）面の放射指向性を示しており、図８（ａ）は、垂直Ｅθ偏波成分を、図８（ｂ）は、水平Ｅφ偏波成分を示している。図９は、垂直（ＸＺ）面の放射指向性を示しており、図９（ａ）は、垂直Ｅθ偏波成分を、図９（ｂ）は、水平Ｅφ偏波成分を示している。

図８及び図９から分かるように、ワイパー１０４ａのみをアンテナ素子として動作させると、ワイパーの動作角度αに対して放射指向性が大きく変化していることが確認できる。このときの最大利得は、α＝０度において１．８ｄＢｉ、α＝４５度において１．４ｄＢｉ、α＝９０度において１．６ｄＢｉである。

図１０及び図１１は、透明導電材１０３を貼付した場合において、ワイパーの動作角度αに対する車両前方側の放射指向性を示す。透明導電材１０３は、ａ＝１７００ｍｍ（１．１３波長）、ｂ＝７００ｍｍ（０．４７波長）の寸法に設定し、ボンネット１０２からｄ＝１００ｍｍ（０．０７波長）離してフロントガラス１０１上に貼付した。また、透明導電材１０３とワイパー１０４ａの間隔ｓ１を５ｍｍ（０．００３波長）、ワイパーの停止位置、すなわち、αが０度の状態における透明導電材１０３とワイパー１０４ａとの最近接の間隔ｓ２を５０ｍｍ（０．０３波長）に設定している。

図１０は、水平（ＸＹ）面の放射指向性を示しており、図１０（ａ）は、垂直Ｅθ偏波成分を、図１０（ｂ）は、水平Ｅφ偏波成分を示している。図１１は、垂直（ＸＺ）面の放射指向性を示しており、図１１（ａ）は、垂直Ｅθ偏波成分を、図１１（ｂ）は、水平Ｅφ偏波成分を示している。

図１０及び図１１は、図８及び図９と比較すると、ワイパーの動作角度αに対して放射指向性がほとんど変化せず、安定したアンテナ性能が得られることを示している。特に、ワイパー停止位置のα＝０度の状態であっても、高いアンテナ性能が得られることを示している。また、このときの最大利得は、α＝０度において５．５ｄＢｉ、α＝４５度において５．６ｄＢｉ、α＝９０度において５．６ｄＢｉであることから、透明導電材１０３を貼付することにより、約４ｄＢの高利得化を実現できることが分かる。

図１２は、図１０及び図１１で示した条件の下、ボンネット１０２及び透明導電材１０３上の電流分布を示している。図１２（ａ）は、ワイパーの動作角度α＝０度の電流分布を、図１２（ｂ）は、ワイパーの動作角度α＝４５度の電流分布を、図１２（ｃ）は、ワイパーの動作角度α＝９０度の電流分布をそれぞれ示している。図１２から分かるように、ボンネット１０２と透明導電材１０３との間に形成されるスリット部近傍が最も電流が高く、また、このスリット部近傍の電流分はワイパーの動作角度αに対して変化が小さいことが確認できる。これらのことから、ワイパーの動作角度αに対して放射指向性がほとんど変化しないと言える。

なお、上記の各パラメータは一例であり、これ以外の値であってもよい。要は、ワイパー１０４ａと、ボンネット１０２及び透明導電材１０３の間に形成されるスリット部とが電磁結合する構成であればよい。ただし、間隔ｓ１は０．０１波長以下、間隔ｓ２は０．１波長以下が望ましい。また、間隔ｓ２はワイパー１０４ａと透明導電材１０３とが重なり合うような負の値であってもよい。

図１３は、ワイパーの長さＬを変えたときの車両前方側の放射指向性を示している。図１３において、図１３（ａ）は、水平（ＸＹ）面の放射指向性を、図１３（ｂ）は、垂直（ＸＺ）面の放射指向性をそれぞれ示している。また、図１３は、図１０及び図１１で示した条件と同一とする。図１３から分かるように、ワイパーの長さによって放射指向性はほとんど変化しない。これは、車種によってワイパーの長さが変化したとしても放射特性が変化せず、安定したアンテナ性能を実現できることを示している。

このように本実施の形態によれば、透明導電材をボンネットから所定の間隔離してフロントガラス表面に貼付し、透明導電材とボンネットとの間に形成されるスリット部と、直接給電したワイパーとを電磁結合させる。これにより、スリット部がスロットアンテナとして動作し、ワイパーの駆動による放射特性の変化を低減することができ、安定したアンテナ性能を得ることができる。また、透明導電材を用いることにより、アンテナ実効体積が増加し、高利得化を実現することができる。

なお、本実施の形態では、車両のフロントガラスに透明導電材を貼付した構成としたが、車両のリアガラスに透明導電材を貼付し、リアワイパーに給電する構成としてもよい。

また、本実施の形態では、２本のワイパーのうち、１本のワイパーを給電する構成としたが、３本以上のワイパーのうち、いずれか一本のワイパーに給電し、残りのワイパーをボンネット及びワイパー駆動基端部から絶縁する構成とすればよい。

また、本実施の形態では、透明導電材をフロントガラスの車両室内側に貼付する構成としたが、車両室外側に貼付してもよい。

また、本実施の形態では、ワイパーに直接給電する構成としたが、ワイパーに沿って構成した給電線路に給電し、透明導電材と車体との間に形成されるスリット部に電磁結合させる構成としてもよい。

また、本実施の形態では、ワイパーとリンク連結部とを絶縁する構成として、樹脂などの絶縁体を挟み込む例を示したが、この構成に限らず、ワイパーとリンク連結部を絶縁できればどのような構成であってもよい。

本発明にかかる車両用アンテナ装置は、ワイパー動作にかかわらず、安定したアンテナ性能を得ることができ、例えば、乗用車、トラック等に適用できる。

１００ 車両
１０１ フロントガラス
１０２ ボンネット
１０３ 透明導電材
１０４ａ、１０４ｂ ワイパー
１０５ ワイパーアーム
１０６ ワイパーブレード
１０７ａ、１０７ｂ ワイパー駆動基端部
１０８ａ、１０８ｂ リンク連結部
１０９ 第１のリンク
１１０ 第２のリンク
１１１ ワイパーモーター
１１２ 同軸ケーブル
１１３ 給電部
１１４ 内導体
１１５ ナット
１１６ ワイパーゴム

Claims (5)

1. 車両の窓ガラスと、
   前記車両の車体グラウンドと所定の間隔を隔て、前記窓ガラス面に貼付された所定の光学的透過率を有する導電材と、
   前記窓ガラス面に沿って摺動するワイパーと、
   前記ワイパーの一端を前記車体グラウンドに対して不平衡給電する給電部と、
   を具備する車両用アンテナ装置。
2. 前記導電材と前記車体グラウンドとの間隙によって形成されたスロットアンテナを具備する請求項１に記載の車両用アンテナ装置。
3. 前記導電材は、前記車両室内側の前記窓ガラス面に貼付された請求項１に記載の車両用アンテナ装置。
4. 前記導電材は、予め設定された停止位置における前記ワイパーと所定の間隔を隔てて貼付され、前記ワイパーと電磁的に結合する請求項１に記載の車両用アンテナ装置。
5. 前記給電部は、前記ワイパーに設けられた給電線路を不平衡給電する請求項１に記載の車両用アンテナ装置。