JP2015139211A - 車載用アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】円偏波の送受信を行う車載用アンテナ装置であって、縦列を形成して走行する車両同士の車車間通信を可能にする車載用アンテナ装置を実現する。
【解決手段】基板１２０と、基板１２０上に形成されたループアンテナ１２１と、基板１２０を収容するレドーム１１１とを備えた車載用アンテナ装置１０１であって、基板１２０は、ループアンテナ１２１の中心部が車載用アンテナ装置１０１の前方又は後方を向くように屈曲又は湾曲している。
【選択図】図１

Description

本発明は、車載用アンテナ装置に関する。

無線通信の用途拡大に伴い、種々の周波数帯域で動作するアンテナが求められている。例えば、車載用アンテナとしては、ＦＭ／ＡＭ放送、地上波デジタル放送、ＤＡＢ（Digital Audio Broadcast）、３Ｇ（3rd Generation：第３世代携帯電話）、ＬＴＥ（Long Term Evolution）、ＧＰＳ（Global Positioning System：全地球測位システム）、ＶＩＣＳ（登録商標）（Vehicle Information and Communication System：道路交通情報通信システム）、ＥＴＣ（Electronic Toll Collection：電子料金徴収システム）等の周波数帯域で動作するアンテナ等が求められている。

また、交通の安全性、輸送効率、快適性などの向上を目的とするＩＴＳ（Intelligent Transport System：高度道路交通システム）が普及し始めている。ＩＴＳにおいて、各車両は、ＩＴＳスポットに代表される交通システムと無線通信を行う共に、他の車両とも無線通信を行う。以下において、走行する車両間における無線通信のことを、車車間通信とも表現する。

特許文献１には、車車間通信システムで用いられるアンテナ装置が記載されている。上記アンテナ装置は、垂直偏波を送受信する直線形状のモノポール型のアンテナエレメントを備えている。

特開２０１３−２２３０２３号公報（２０１３年１０月２８日公開）

垂直偏波を用いて車車間通信を行う場合に、上記アンテナ装置を用いることができる。一方、円偏波を用いて車車間通信を行うアンテナ装置に、上記アンテナ装置の構成をそのまま適用することはできない。以下、その理由について、図８を参照しながら説明する。なお、以下においてアンテナ装置のことを車載用アンテナ装置と表現する。

図８は、従来の車載用アンテナ装置５０１の構成を示す斜視図である。車載用アンテナ装置５０１は、レドーム５１１、ベース部５１２、基板５２１、アンテナ５２２、及び別のアンテナ５３０を備えている。

アンテナ５２２は、基板５２１上に形成されており、ベース部５１２及びレドーム５１１によって形成される空間、より詳しくは、マスト部５１１ａ内に配置されている。アンテナ５２２として円偏波を送受信可能なループアンテナを選択する場合、その主放射方向は、車両が走行する方向に対して垂直な方向、すなわち車両横方向となる。この場合、車載用アンテナ装置５０１を用いて、縦列を形成して走行する車両同士が車車間通信を行うことは困難であった。

本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、円偏波の送受信を行う車載用アンテナ装置であって、縦列を形成して走行する車両同士の車車間通信を可能ならしめる車載用アンテナ装置を実現することにある。

上記の課題を解決するために、本発明に係る車載用アンテナ装置は、基板と、上記基板上に形成されたループアンテナと、上記基板を収容するレドームとを備えた車載用アンテナ装置であって、上記基板は、上記ループアンテナの中心部が当該車載用アンテナ装置の前方又は後方を向くように屈曲又は湾曲している、ことを特徴とする。

上記の構成によれば、円偏波を送信又は受信可能なループアンテナの中心部は、当該車載用アンテナ装置の前後方向を向いている。したがって、このループアンテナの主放射方向は、当該車載用アンテナ装置の前後方向を向くことになる。これにより、当該車載用アンテナ装置を用いて、縦列を形成して走行する車両同士の車車間通信を行うことが可能になる。また、ループアンテナの主放射方向が車載用アンテナ装置の前後方向に向けられた基板は湾曲または屈曲しているため、車載用アンテナ装置の前後面の面積を小さくして、当該車載用アンテナ装置が前方から受ける空気抵抗を抑制するように、上記レドームを形成することが可能になる。

上記車載用アンテナ装置において、上記基板は、上記ループアンテナの中心部における法線の仰角が０度以上３０度以下となるように後傾していることが好ましい。

上記の構成によれば、車載用アンテナ装置の前後方向に対するループアンテナの利得を確保しつつ、上記ループアンテナを後傾して配置することができる。したがって、当該車載用アンテナ装置が前方から受ける空気抵抗を抑制するように、上記レドームを形成することが可能になる。

上記車載用アンテナ装置において、上記基板上に形成された他のアンテナを更に備えており、上記基板は、上記他のアンテナが当該車載用アンテナ装置の側方を向くように屈曲又は湾曲している、ことが好ましい。

上記の構成によれば、上記基板上には、上記ループアンテナに加えて上記他のアンテナが形成されており、上記他のアンテナは、当該車載用アンテナ装置の側方を向いている。したがって、複数のアンテナを、コンパクトに配置することが可能になる。

上記車載用アンテナ装置において、他の基板と、上記他の基板上に形成された更に他のアンテナとを更に備えており、上記レドームは、上記他の基板を更に収容する、
ことが好ましい。

上記の構成によれば、当該車載用アンテナ装置は、他の基板と、上記他の基板上に形成された更に他のアンテナとを更に備えている。したがって、より幅広い用途に対応した車載用アンテナを実現することができる。

上記車載用アンテナ装置において、上記レドームの形状は、シャークフィン型であることが好ましい。

上記の構成によれば、当該車載用アンテナ装置が前方から受ける空気抵抗を抑制することができる。

上記車載用アンテナ装置において、自動車のルーフ上面に配置されていることが好ましい。

一般的な自動車において、ルーフは、最も高い位置に配置されている部品の１つである。上記の構成によれば、当該車載用アンテナが配置される車両が自動車である場合に、自動車の最も高い位置に当該車載用アンテナ装置を配置することができる。したがって、当該車載用アンテナ装置の前後方向に縦列して走行している自動車同士で車車間通信を行う場合に、当該車車間通信を遮るものをなくすことができる。すなわち、当該車載用アンテナ装置の前後方向に縦列して走行している自動車同士の車車間通信を、より良い通信環境において行うことが可能になる。

上記の課題を解決するために、本発明に係る車載用アンテナ装置は、シャークフィン型のレドームと、上記レドームの内壁上に形成されたループアンテナとを備えた車載用アンテナ装置であって、上記レドームの内壁は、上記ループアンテナの中心部が当該車載用アンテナ装置の前方又は後方を向くように屈曲又は湾曲している、ことを特徴とする。

上記の構成によれば、円偏波を送信又は受信可能な上記ループアンテナは、上記シャークフィン型のレドームの内壁上に形成されている。また、上記ループアンテナの中心部は、当該車載用アンテナの前後方向を向いている。したがって、このループアンテナの主放射方向は、当該車載用アンテナ装置の前後方向を向くことになる。これにより、当該車載用アンテナ装置を用いて、縦列を形成して走行する車両同士の車車間通信を行うことが可能になる。

本発明は、円偏波の送受信を行う車載用アンテナ装置であって、縦列を形成して走行する車両同士の車車間通信を可能ならしめる車載用アンテナ装置を実現する。

本発明の実施形態１に係る車載用アンテナ装置の構成を示す斜視図である。 図１の車載用アンテナ装置が備えるＦＰＣ（基板）の構成を示す展開図である。 図１の車載用アンテナ装置が備えるＦＰＣ（基板）を拡大した斜視図である。 本発明の実施形態１に係る車載用アンテナ装置の変形例の構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態１に係る車載用アンテナ装置の別の変形例の構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態２に係る車載用アンテナ装置の構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態２に係る車載用アンテナ装置の変形例の構成を示す斜視図である。 従来の車載用アンテナ装置の構成を示す斜視図である。

〔実施形態１〕
本発明の一実施形態に係るアンテナ装置について、図面を参照して説明すれば以下のとおりである。なお、本実施形態に係るアンテナ装置は、車両への搭載に好適な車載用アンテナ装置である。以下、本実施形態に係るアンテナ装置のことを、車載用アンテナ装置と記載する。また、本実施形態では、車両の一例として自動車を用いて説明する。しかし、本実施形態に係る車載用アンテナ装置を搭載可能な車両は、自動車に限られるものではない。

〔車載用アンテナ装置の構成〕
本実施形態に係る車載用アンテナ装置１０１について、図１〜図２を参照して説明する。図１は、車載用アンテナ装置１０１の構成を示す斜視図である。図２は、車載用アンテナ装置１０１が備えるＦＰＣ１２０の展開図を示す図である。

図１に示すように、車載用アンテナ装置１０１は、アンテナ１２１〜アンテナ１２３（アンテナ１２３は図１に不図示）に加えて、レドーム１１１、ベース部１１２、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuits：フレキシブルプリント基板）１２０、アンテナユニット１３０を備えている。

レドーム１１１は、マスト部１１１ａとドーム部１１１ｂとからなり、その材質は樹脂である。レドーム１１１は、内部にＦＰＣ１２０及びアンテナユニット１３０を収容可能な空間を備えている。

ベース部１１２は、楕円形の板状部材であり、その材質はアルミニウムである。レドーム１１１の開口部と、ベース部１１２の外縁とが嵌合することによって、ＦＰＣ１２０、アンテナ１２１〜１２３及びアンテナユニット１３０を収容するための密閉空間が形成される。この密閉が保たれている限り、車載用アンテナ装置１０１を屋外環境において使用しても、アンテナ１２１〜アンテナ１２３及びアンテナユニット１３０が雨水に晒される虞はない。また、レドームの材質は樹脂である。したがって、車載用アンテナ装置１０１に到来した電磁波の電界強度が、レドーム１１１によって減衰される虞はない。

ベース部１１２のレドーム１１１側の表面には、ＦＰＣ１２０及びアンテナユニット１３０を支持する支持部が形成されていることが好ましい（不図示）。また、レドーム１１１のマスト部１１１ａの内壁にも、ＦＰＣ１２０を支持する支持部が形成されていることが好ましい（不図示）。これらの支持部によって支持されるため、ＦＰＣ１２０及びアンテナユニット１３０は、所期の配置場所からずれることなく、所期の性能を発揮することができる。

アンテナユニット１３０は、ＦＰＣ１２０とは異なる他の基板（不図示）と、上記他の基板上に形成された更に他のアンテナ（不図示）とを備えている。本実施形態における更に他のアンテナは、ＧＰＳ（Global Positioning System）用アンテナ、及び、ＳＤＡＲＳ（Satellite Digital Audio Radio Service）用アンテナである。ＧＰＳ及びＳＤＡＲＳは、いずれも衛星から送信される情報を利用するサービスである。したがって、ＧＰＳ用アンテナ及びＳＤＡＲＳ用アンテナは、その主放射方向が天頂方向であることが好ましい。ベース部１１２上に、アンテナユニット１３０を配置することによって、ＧＰＳ用アンテナ及びＳＤＡＲＳ用アンテナの主放射方向は、天頂方向となる。

ＦＰＣ１２０は、展開したときに図２に示す形状を有し、その表面には、アンテナ１２１、アンテナ１２２及びアンテナ１２３が形成されている。アンテナ１２１は、ループアンテナであり、例えば車車間通信を行うためのものである。以下において、アンテナ１２１のことをループアンテナ１２１とも表現する。ループアンテナ１２１は、円偏波の送受信に好適なアンテナである。

一方、アンテナ１２２及びアンテナ１２３は、ＦＰＣ１２０上に形成された他のアンテナである。アンテナ１２２は、３Ｇ（3rd Generation）／ＬＴＥ（Long Term Evolution）に代表される移動電話用アンテナであり、アンテナ１２３は、Ｗｉ−Ｆｉなどに代表される移動データ通信用アンテナである。なお、図２におけるアンテナ１２１〜アンテナ１２３は、各アンテナが配置されている領域を概略的に示すものである。

図２に記載の破線１２４は、屈曲されたＦＰＣ１２０における稜線を示すものである。破線１２４において屈曲されたＦＰＣ１２０は、「コ」の字型となり、ループアンテナ１２１の中心部が、車載用アンテナ装置１０１の前方を向くようにベース部１１２上に配置される。ここで車載用アンテナ装置１０１の前方とは、車載用アンテナ装置１０１を搭載する自動車の進行方向を意味する。

なお、本実施形態において、ＦＰＣ１２０は、ループアンテナ１２１の中心部が、車載用アンテナ装置１０１の前方を向くように屈曲されているが、後方を向くように屈曲されていてもよい。これは、円偏波を送受信するループアンテナ１２１にとって、車載用アンテナ装置１０１における前方及び後方は等価であるためである。また、ＦＰＣ１２０は、ループアンテナ１２１の中心部が、車載用アンテナ装置１０１の前方又は後方を向くように湾曲していてもよい。

図３は、ベース部１１２上に配置されたＦＰＣ１２０の拡大図である。図３において、ｘｙｚ座標系は、次の通り定義されている。
・車載用アンテナ装置１０１が配置されている自動車が直進する方向をｘ軸方向とし、
・ｘ軸と直交する方向のうち水平面内に含まれる方向をｙ軸方向とし、
・ｘ−ｙ平面（水平面）と直交する方向（天頂方向）をｚ軸方向とする。

図３において、破線１２５は、ｘ軸と平行であり、かつ、ループアンテナ１２１の中心部Ｃを通る直線である。また、破線１２６は、中心部Ｃの接面の法線であって、中心部Ｃを通る直線である。ここで、破線１２５と破線１２６とのなす角をθとする。θは、ループアンテナ１２１の中心部Ｃにおける法線の仰角とも言い換えられる。

ループアンテナ１２１の中心部Ｃにおける法線、すなわち破線１２６の示す方向は、ループアンテナ１２１の主放射方向と一致する。ループアンテナ１２１の主放射方向とは、ループアンテナ１２１が放射する電磁波の強度が最大になる方向を意味する。したがって、ループアンテナ１２１の主放射方向は、仰角θの分だけｚ−ｘ平面内で傾いてはいるものの、車載用アンテナ装置１０１の前後方向を向いている。言い換えれば、ループアンテナ１２１は、縦列状態を形成し走行している前後の車両と車車間通信を行うために好適に配置されている。

車載用アンテナ装置１０１において、仰角θは、０度以上３０度以下であることが好ましい。上記の構成によれば、自動車の前方または後方から到来する電磁波に対する、ループアンテナ１２１のループの有効面積を大きく狭めることなく、ＦＰＣ１２０を後傾させることができる。したがって、ＦＰＣ１２０を収容するレドーム１１１のマスト部１１１ａの形状を、ＦＰＣ１２０の後傾角に応じて後傾させることができる。結果として、自動車が走行している場合において、車載用アンテナ装置１０１が前方から受ける空気抵抗を抑制することができる。

また、図３に示すように、ＦＰＣ１２０は、他のアンテナであるアンテナ１２２及びアンテナ１２３が、車載用アンテナ装置１０１の側方を向くように屈曲している。ここで、「車載用アンテナ装置１０１の側方を向くように」とは、アンテナ１２２及びアンテナ１２３の主面が、ｚ−ｘ平面と平行となることを意味する。上記構成によれば、ループアンテナ及び他のアンテナからなる複数のアンテナを、コンパクトに配置可能であるという効果を奏する。

〔車載用アンテナ装置の配置〕
車車間通信に用いる電磁波の周波数は、たとえば８００ＭＨｚ程度である。この周波数領域の電磁波は、高い直進性を有する。言い換えれば、障害物を裏回る（回り込む）特性が弱い。したがって、車車間通信を行いたいアンテナ同士の間に障害物が存在すると、車車間通信を実行できない可能性が高まる。車車間に障害物が存在する状況を、できるだけ避けるために、車車間通信用のアンテナは車のできるだけ高い位置に配置されていることが好ましい。

以上の理由から、車載用アンテナ装置１０１は、自動車のルーフ上面に配置されていることが好ましい。一般的な自動車において、ルーフは、最も高い位置に配置されている部品の１つである。車載用アンテナ装置１０１を自動車のルーフ上面に配置することによって、車載用アンテナ装置１０１の前後方向に縦列して走行している複数の車と車車間通信を行う場合に、当該車車間通信を遮る障害物を避け、車車間通信の通信環境を向上させることができる。

〔レドームの形状〕
車載用アンテナ装置１０１が備えているレドーム１１１は、マスト部１１１ａと、ドーム部１１１ｂとを備えている。車載用アンテナ装置１０１は、上述のように例えば自動車のルーフ上面に搭載されるため、自動車の走行に伴い絶えず空気抵抗を受ける。

当該空気抵抗を抑制するために、レドーム１１１の形状は、車載用アンテナ装置１０１の前方からの流体に対向する面の面積を小さくし、かつ前方からの流体に対して流線型であることが好ましい。流線型の一例としては、いわゆるシャークフィン型が挙げられる。図１に示すレドーム１１１の形状は、マスト部を備えたシャークフィン型である。

なお、車載用アンテナ装置１０１が備えるシャークフィン型のレドームは、図１に示すように、マスト部を備えた形状であってもよいし、後述するような、マスト部を備えていない形状であってもよい。

〔変形例１〕
車載用アンテナ装置１０１の変形例１について、図４を参照して説明する。図４は、車載用アンテナ装置１０１の変形例の構成を示す斜視図である。本変形例に係る車載用アンテナ装置１０１は、ＦＰＣ１２０を屈曲せずに湾曲している点において、実施形態１に係る車載用アンテナ装置１０１と異なる。

本変形例に係る車載用アンテナ装置１０１は、ＦＰＣ１２０上に形成されたループアンテナ１２１と、ＦＰＣ１２０を収容するレドーム１１１とを備えた車載用アンテナ装置であって、ＦＰＣ１２０は、ループアンテナ１２１の中心部が車載用アンテナ装置の前方を向くように湾曲している。本変形例に係る車載用アンテナ装置１０１は、実施形態１に係る車載用アンテナ装置１０１と同様の効果を奏する。

〔変形例２〕
車載用アンテナ装置１０１の変形例２について、図５を参照して説明する。図５は、車載用アンテナ装置１０１の別の変形例の構成を示す斜視図である。本変形例に係る車載用アンテナ装置１０１は、マスト部を備えていないシャークフィン型のレドーム１１１’を備えている点において、実施形態１に係る車載用アンテナ装置１０１と異なる。

レドーム１１１’は、マスト部を備えたシャークフィン型のレドーム１１１と同様に車載用アンテナ装置前方からの流体に対して流線型であるため、自動車の走行に伴い生じる空気抵抗を抑制することができる。

〔実施形態２〕
本実施形態に係る車載用アンテナ装置２０１について、図６を参照して説明する。図６は、車載用アンテナ装置２０１の構成を示す斜視図である。

図６に示すように、車載用アンテナ装置２０１は、ループアンテナ２２１及びアンテナ２２２に加えて、レドーム２１１、ベース部２１２、ＦＰＣ２２０及びアンテナユニット２３０を備えている。ベース部２１２及びアンテナユニット２３０は、実施形態１に記載のベース部１１２及びアンテナユニット１３０と同様の部材であるため、ここではその説明を省略する。

レドーム２１１は、実施形態１に記載のレドーム１１１と同様のマスト部を備えたシャークフィン型の形状である。しかし、ループアンテナ２２１が、レドーム２１１のマスト部２１１ａの内壁に形成されている点において、車載用アンテナ装置２０１は、車載用アンテナ装置１０１と異なる。なお、ループアンテナ２２１は、実施形態１に記載のループアンテナ１２１と同様に、円偏波を送受信することが可能なアンテナである。

実施形態２に係るレドームは、空気抵抗を低減するという観点から、シャークフィン型であることが好ましい。図６に示すように、マスト部を備えたシャークフィン型である場合、ループアンテナ２２１をマスト部の内壁前側に形成することによって、ループアンテナ２２１をより高い位置に配置できるとともに、ループアンテナ２２１の中心部を、車載用アンテナ装置２０１の前方に向けることができる。

以上のように、車載用アンテナ装置２０１は、レドーム２１１と、レドーム２１１の内壁上に形成されたループアンテナ２２１とを備えた車載用アンテナ装置であって、レドーム２１１の内壁は、上記ループアンテナの中心部が当該車載用アンテナの前方又は後方を向くように屈曲又は湾曲している、といえる。

上記構成によれば、車載用アンテナ装置２０１は、円偏波の送受信を行う車載用アンテナ装置であって、アンテナの主放射方向が、当該車載用アンテナ装置の前後方向を向いている車載用アンテナ装置を実現する。

〔変形例３〕
実施形態２に係るレドームは、図７に示すように、マスト部を備えないシャークフィン型の形状であってもよい。

また、後続車両との車車間通信を図るべく、図７に示すように、ループアンテナの中心部を車載用アンテナ装置２０１の後方に向けるようにして、ループアンテナ２２１’をレドーム２１１’の内壁後ろ側に形成してもよい。当該構成によれば、円偏波の送受信を行う車載用アンテナ装置であって、アンテナの主放射方向が、当該車載用アンテナ装置の後方向を向いている車載用アンテナ装置を実現することができる。

〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、車両に搭載するアンテナ装置として好適に利用することができる。車両の例としては、自動車などが挙げられる。

１０１ アンテナ装置（車載用アンテナ装置）
１１１ レドーム
１１１ａ マスト部
１１１ｂ ドーム部
１１２ ベース部
１２０ ＦＰＣ（基板）
１２１ アンテナ（ループアンテナ）
１２２ アンテナ
１２３ アンテナ
１３０ アンテナユニット

Claims (7)

1. 基板と、前記基板上に形成されたループアンテナと、前記基板を収容するレドームとを備えた車載用アンテナ装置であって、
   前記基板は、前記ループアンテナの中心部が当該車載用アンテナ装置の前方又は後方を向くように屈曲又は湾曲している、ことを特徴とする車載用アンテナ装置。
2. 前記基板は、前記ループアンテナの中心部における法線の仰角が０度以上３０度以下となるように後傾している、
   ことを特徴とする請求項１に記載の車載用アンテナ装置。
3. 前記基板上に形成された他のアンテナを更に備えており、
   前記基板は、前記他のアンテナが当該車載用アンテナ装置の側方を向くように屈曲又は湾曲している、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の車載用アンテナ装置。
4. 他の基板と、前記他の基板上に形成された更に他のアンテナとを更に備えており、
   前記レドームは、前記他の基板を更に収容する、
   ことを特徴とする請求項１から３までの何れか一項に記載の車載用アンテナ装置。
5. 前記レドームの形状は、シャークフィン型であることを特徴とする請求項１から４までの何れか一項に記載の車載用アンテナ装置。
6. 自動車のルーフ上面に配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の車載用アンテナ装置。
7. シャークフィン型のレドームと、前記レドームの内壁上に形成されたループアンテナとを備えた車載用アンテナ装置であって、
   前記レドームの内壁は、前記ループアンテナの中心部が当該車載用アンテナ装置の前方又は後方を向くように屈曲又は湾曲している、ことを特徴とする車載用アンテナ装置。

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