JP2019009712A - 車載用アンテナ、及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】車両のデザイン性を損なうことなく、多数の、或いは大面積のアンテナを容易にレイアウトすることができる車載用アンテナを提供する。【解決手段】本発明は、車載用アンテナ(1)であって、車両の外殻を構成する金属製の車両用部材(4)と、この車両用部材の表面側に形成された誘電体層(16)と、この誘電体層の表面側に形成されたアンテナパターン(10)と、車両用部材の表面側に、誘電体層及びアンテナパターンを覆うように形成された被覆層(20)と、車両用部材の背面側に設けられ、アンテナパターンへの給電及び／又はアンテナパターンからの信号の取得を行うための送受信ユニット(12)と、を有することを特徴としている。【選択図】図４

Description

本発明は、車載用アンテナ、及びその製造方法に関する。

自動車等の車両には、電波式の様々な通信装置や、レーダー装置等が搭載され、これらの装置は夫々送信用及び／又は受信用のアンテナを備えている。車両において送信又は受信を行う電波としては、ＧＰＳ、Ｖ２Ｘ、ＥＴＣ、ＶＩＣＳ、ラジオ等の電波がある。また、レーダー装置用には、ミリ波を射出すると共に、その反射波を検出するためのアンテナが使用されることが多い。このように、車両に搭載される送受信用のアンテナやレーダー装置用のアンテナは、送受信システムの増加や、車両への運転支援機能又は自動運転機能の搭載に伴い、今後益々増加することが予想される。

特開２０１１−５０７３７３号公報（特許文献１）には、アンテナが記載されている。このアンテナは、固定式自動車天窓の窓ガラスの内側表面に、インクジェット印刷等で銀インクラインを形成し、この銀インクラインをポールアンテナとして機能させている。銀インクラインは、天窓の前端縁近傍に設けられたアンテナ接続ポイントを介して同軸ケーブルと接続され、ダッシュボード等に配置された受信デバイスに電気的に接続される。

特開２０１１−５０７３７３号公報

特許文献１記載の発明では、アンテナが天窓の窓ガラスに設けられるため、使用者の目につき、車両のデザイン性を損ねてしまう虞があると共に、天窓のない車両には搭載できないという問題がある。また、天窓以外のガラス面にアンテナを設ける場合には、視界の妨げにならないようアンテナを最少の構成とする必要があるので、十分な性能のアンテナを設計することが難しいという問題がある。さらに、車両のルーフにアンテナを設置する場合には、ルーフにシャークフィンを設け、その内部にアンテナを配置することが一般的である。

このように、車室外に搭載されるアンテナは、車両のデザイン性を損なったり、車両のデザインに制約を与えてしまうことが多い。或いは、車両のデザインへの影響を少なくするため、アンテナを小型化すると、アンテナの性能が低下してしまう。また、車両の外観への影響をなくすため、アンテナを車室内に配置した場合には、車両の金属構造物等の影響により、アンテナの性能が低下するという問題が発生する。

従って、本発明は、車両のデザイン性を損なうことなく、多数の、或いは大面積のアンテナを容易にレイアウトすることができる車載用アンテナ、及びその製造方法を提供することを目的としている。

上述した課題を解決するために、本発明は、車載用アンテナであって、車両の外殻を構成する金属製の車両用部材と、この車両用部材の表面側に形成された誘電体層と、この誘電体層の表面側に形成されたアンテナパターンと、車両用部材の表面側に、誘電体層及びアンテナパターンを覆うように形成された被覆層と、車両用部材の背面側に設けられ、アンテナパターンへの給電及び／又はアンテナパターンからの信号の取得を行うための送受信ユニットと、を有することを特徴としている。

このように構成された本発明においては、金属製の車両用部材の表面側に誘電体層、及びアンテナパターンが形成され、これらのアンテナパターン、誘電体層、及び金属製の車両用部材（接地導体層）は、誘電体アンテナとして機能する。このように構成された本発明によれば、車両用部材が誘電体アンテナの接地導体層として機能して車両用部材上に誘電体アンテナが構成され、誘電体層及びアンテナパターンを覆うように被覆層が形成されるので、車両用部材の上にシャークフィン等を設置した場合のように、車両のデザイン性が損なわれることがない。また、車両の外殻を構成する車両用部材の表面にアンテナパターンが形成されるので、アンテナパターンを配置可能な面積を広く確保することができると共に、アンテナを車室内に配置した場合のようにアンテナの性能が低下するのを防止することができる。

本発明において、好ましくは、被覆層は、車両用部材の表面側に塗布された塗装である。
このように構成された本発明によれば、アンテナパターンを覆うように、塗装により被覆層が形成されているので、アンテナパターンを保護することができると共に、被覆層が薄い塗膜であるため、アンテナの性能が大きく低下することがない。また、アンテナを設けることによる車両の外観への影響が殆どなく、デザイン性を損なったり、デザインに制約を与えることがない。

本発明において、好ましくは、車両用部材は、車両のボンネット、又はルーフである。
このように構成された本発明によれば、車両のボンネット、又はルーフにアンテナが形成されるので、アンテナのレイアウトに非常に大きな面積を確保することが可能になる。これにより、車両のデザイン性を損なうことなく、高性能な車載用アンテナを搭載することが可能になる。

本発明において、好ましくは、アンテナパターンは送信用及び受信用に使用され、送信用のパターン及び受信用のパターンが交互に配列されている。
このように構成された本発明によれば、アンテナを送信用及び受信用に使用することができ、送受信を行う通信装置用のアンテナとしても使用することができる。

本発明において、好ましくは、アンテナパターンは送信用及び受信用に使用され、アンテナパターンのうちの少なくとも一部のパターンは、送信用及び受信用に兼用に使用される。

このように構成された本発明によれば、アンテナパターンのうちの少なくとも一部のパターンが送信用及び受信用に兼用に使用されるので、パターンの総数を増加させることなく、送信用及び受信用に多くのパターンを割り当てることができ、アンテナの感度を向上させることができる。

本発明において、好ましくは、アンテナパターンは送信用及び受信用に使用され、アンテナパターンのうちの少なくとも一部のパターンは、使用モードに応じて、送信用又は受信用に切り替えて使用される。

このように構成された本発明によれば、アンテナパターンのうちの少なくとも一部のパターンは送信用又は受信用に切り替えて使用されるので、パターンの総数を増加させることなく、送信用及び受信用に多くのパターンを割り当てることができ、アンテナの感度を向上させることができる。

本発明において、好ましくは、アンテナパターンは、マイクロ波帯の電波を受信可能である。
このように構成された本発明によれば、アンテナパターンがマイクロ波帯の電波を受信可能に構成されているので、ＧＰＳ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＥＴＣ、ＶＩＣＳ、Ｖ２Ｘ用のアンテナとして好適に使用することができる。

また、本発明は、車載用アンテナの製造方法であって、車両の外殻を構成する金属製の車両用部材を準備するステップと、準備した車両用部材に車載用アンテナを形成する車載用アンテナ形成ステップと、を有し、この車載用アンテナ形成ステップは、車両用部材の表面側に誘電体層を形成する工程、誘電体層の表面側にアンテナパターンを形成する工程、車両用部材の表面側にアンテナパターンを覆うように被覆層を形成する工程、及び車両用部材の背面側に、アンテナパターンへの給電及び／又はアンテナパターンからの信号の取得を行うための送受信ユニットを取り付ける工程、を含むことを特徴としている。

本発明の車載用アンテナ、及びその製造方法によれば、車両のデザイン性を損なうことなく、多数の、或いは大面積のアンテナを容易にレイアウトすることができる。

本発明の第１実施形態による車載用アンテナを搭載した車両の外観を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態による車載用アンテナを使用した運転支援システムの一例を示すブロック図である。 車両のルーフ上に形成された車載用アンテナを拡大して示す平面図である。 車両のルーフ上に形成された車載用アンテナの断面図である。 本発明の第１実施形態による車載用アンテナの製造方法の手順を示すフローである。 本発明の第１実施形態による車載用アンテナの製造方法における工程を示す図である。 本発明の第１実施形態による車載用アンテナの製造方法における工程を示す図である。 本発明の第１実施形態による車載用アンテナの製造方法における工程を示す図である。 本発明の第１実施形態による車載用アンテナの製造方法における工程を示す図である。

次に、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を説明する。
図１は、本発明の第１実施形態による車載用アンテナを搭載した車両の外観を示す斜視図である。図２は、本発明の第１実施形態による車載用アンテナを使用した運転支援システムの一例を示すブロック図である。

図１に示すように、本発明の第１実施形態の車載用アンテナ１は、車両２の、車両用部材であるルーフ４の部分に、ルーフ４と一体に設けられている。本実施形態においては、このように、ルーフ４の表面部分に車載用アンテナ１を配置しているので、アンテナ用に大面積を容易に確保することができ、車載用アンテナ１のレイアウト性を向上させることができる。また、本実施形態においては、車載用アンテナ１は、マイクロ波帯の電波を送信及び受信する通信装置用のアンテナとして利用されている。なお、変形例として、本発明の車載用アンテナは、車両ボディのボンネット、ドア等、車両の外殻を構成する導電体である金属製の車両用部材と一体的に構成することができる。或いは、本発明の車載用アンテナを車両周辺の対象物を検知するレーダー装置用のアンテナとして使用することもできる。

図２に示すように、本実施形態の車載用アンテナ１は、ルーフ４上に形成されており、車両２に搭載された制御装置であるコントローラ６に接続されている。本実施形態においては、コントローラ６からの給電により、車載用アンテナ１からマイクロ波帯の電波が送信されると共に、外部から送信された電波が車載用アンテナ１によって受信される。車載用アンテナ１により受信された電波は、コントローラ６において処理され、車両２に搭載された種々の機器に送られる。従って、車載用アンテナ１及びコントローラ６は、通信装置８として機能する。

車載用アンテナ１は、アンテナパターン１０と、このアンテナパターン１０への給電及びアンテナパターン１０からの信号の取得を行う送受信ユニットであるＲＦ回路１２と、を有する。
アンテナパターン１０は、複数の送信用のパターン１０ａと、複数の受信用のパターン１０ｂから構成されている。
ＲＦ（Radio Frequency）回路１２は、コントローラ６からの指令信号に基づいて、送信用のパターン１０ａに給電を行い、送信用のパターン１０ａからマイクロ波帯の電波を射出させるように構成された回路である。また、ＲＦ回路１２は、受信用のパターン１０ｂによって受信された電波を電気信号として取得し、中間周波数信号に変換した上でコントローラ６に送るように構成されている。具体的には、ＲＦ回路１２は、１又は複数の無線通信用のＬＳＩ（図示せず）等から構成することができる。
なお、車載用アンテナ１の具体的構成等については後述する。

コントローラ６には、ＲＦ回路１２から送られた電気信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器６ａと、Ａ／Ｄ変換器６ａにより変換されたディジタル信号を処理するＣＰＵ６ｂと、Ａ／Ｄ変換器６ａ、ＣＰＵ６ｂ、車載用アンテナ１等に電力を供給する電源回路６ｃを有する。コントローラ６は、通信装置８によって車両２の外部から所定の電波を受信すると、車両２に搭載された運転支援装置１４に信号を送り、運転者に対して種々の情報を提供するように構成されている。

次に、図３及び図４を参照して、車載用アンテナ１の具体的構造を説明する。
図３は、ルーフ４上に形成された車載用アンテナ１を拡大して示す平面図であり、アンテナパターン１０上に塗布された塗装を取り除いた状態を示している。図４は、ルーフ４上に形成された車載用アンテナ１の断面図である。

図３及び図４に示すように、車載用アンテナ１は、車両用部材であるルーフ４の概ね平坦な部分に構成されており、ルーフ４の表面上に形成された誘電体層１６と、この誘電体層１６の上に形成されたアンテナパターン１０と、誘電体層１６及びアンテナパターン１０を覆うように形成された被覆層２０と、ルーフ４の背面に設けられたＲＦ回路１２と、を有する。

誘電体層１６は、図３に示すように、ルーフ４の上に、概ね長方形に形成された誘電体の薄い層から構成されている。本実施形態においては、誘電体層１６は、厚さ約２ｍｍのテフロン（登録商標）製の層である。なお、本実施形態においては、誘電体層１６は、ルーフ４の表面に樹脂を印刷することにより誘電体の層を形成し、これを誘電体層１６としている。また、誘電体層として、ポリプロピレン、ＡＢＳ樹脂等の層を使用することもでき、厚さも適宜設定することができる。

アンテナパターン１０は、図３に示すように、ルーフ４上に形成された誘電体層１６の上に格子状に配列された多数の正方形の金属導体箔のパターンから構成されている。これらの金属導体箔のパターンのうちの一群は送信用のパターン１０ａとして設けられ、他の一群は受信用のパターン１０ｂとして設けられている。なお、金属導体箔のパターンは、車載用アンテナ１が送信又は受信する電波の波長に応じて適切な寸法に形成する。各パターンの寸法、形状や、パターンの配置間隔を一定とせず、異ならせても良い。また、本実施形態においては、格子状に配列されたパターンが、一列ごとに金属導体箔で形成された線路パターン１８によって互いに電気的に接続され、接続された各列のパターンが、送信用のパターン１０ａ又は受信用のパターン１０ｂとして機能している。また、本実施形態においては、送信用のパターン１０ａの列と受信用のパターン１０ｂの列が交互に配列されている。

また、変形例として、アンテナパターン１０のうちの少なくとも一部のパターンが、送信用及び受信用の兼用に使用されるように、本発明を構成することもできる。例えば、兼用にされるパターンに給電が為されると所定の電波の射出又は送信が実行され、兼用にされるパターンから信号を取得することにより、反射波の検出又は受信が実行されるように車載用アンテナ１を構成することができる。或いは、他の変形例として、アンテナパターン１０のうちの少なくとも一部のパターンが、使用モードに応じて送信用又は受信用に切り替えて使用されるように、本発明を構成することもできる。例えば、車載用アンテナ１が送信モードに設定された時はアンテナパターン１０が送信用のパターンとして使用され、受信モードに設定された時はアンテナパターン１０が受信用のパターンとして使用されるように本発明を構成することもできる。

なお、本実施形態においては、アンテナパターン１０は、誘電体層１６の表面に金属体印刷を施すことにより厚さ数μｍの金属箔を形成し、これをアンテナパターン１０としている。変形例として、誘電体層１６の所定の部分に金属を蒸着させることによりアンテナパターン１０を形成することもできる。

このように、本実施形態においては、金属製のルーフ４の板状の部分を接地導体として、その表側に形成された誘電体層１６、及びアンテナパターン１０により、誘電体アンテナが構成されている。換言すれば、本実施形態の車載用アンテナ１は、ルーフ４の板状の部分を接地導体として利用した誘電体アンテナであり、車両用部材であるルーフ４と一体的に構成されている。この構成により、本実施形態の車載用アンテナ１を、周波数３ＧＨｚ〜３０ＧＨｚのマイクロ波帯の電波を送受信可能に構成することができる。また、周波数３０ＧＨｚ〜３００ＧＨｚのミリ波帯の電波や、他の周波数の電波を送受信するアンテナにも本発明を適用することができる。

被覆層２０は、誘電体層１６及びアンテナパターン１０を覆うようにルーフ４の表面に形成された層であり、アンテナパターン１０を機械的損傷から保護している。本実施形態においては、ルーフ４の表面に施された塗装の塗膜により被覆層２０が形成されている。この被覆層２０である塗膜は誘電体層１６及びアンテナパターン１０よりも厚く形成されている。このため、塗装されたルーフ４の表面は、アンテナパターン１０が形成された部分においても概ね平坦になり、アンテナパターン１０が形成されていることが、ルーフ４の外観から認識できないようになっている。また、被覆層２０は導電性のない塗料によって比較的薄く形成されているので、被覆層２０を設けることにより、車載用アンテナ１の性能に実質的に影響を与えることはない。

変形例として、ルーフ４等の車両用部材の表面に、レーザー加工等により数μｍオーダーの非常に浅い窪み（図示せず）を設けておき、この窪みに合わせて誘電体層１６を形成することもできる。これにより、ルーフ４上に形成された誘電体層１６及びアンテナパターン１０が車両用部材表面の窪み（図示せず）を埋めて、誘電体層１６又はアンテナパターン１０が形成された後の車両用部材表面が平坦になり、塗装後の車両用部材の表面を、より平滑にすることができる。

ＲＦ回路１２は、ルーフ４の背面に設けられた回路であり、アンテナパターン１０への給電、及びアンテナパターン１０からの信号の取得を行うように構成されている。アンテナパターン１０から取得された信号は、ＲＦ回路１２により中間周波数信号に変換され、変換された信号はワイヤーハーネス（図示せず）を介してコントローラ６に送られる。なお、ＲＦ回路１２が複数の電子部品からなり、これらを相互に電気的に接続する場合には、ルーフ４の背面に、プリント基板（図示せず）を配置し、このプリント基板に各電子部品を接続することによりＲＦ回路１２を構成することができる。

ここで、ルーフ４の表面に形成されたアンテナパターン１０に対する給電及び信号の取得は、ＲＦ回路１２とルーフ４の表面側に配置された各線路パターン１８との間を接続する信号線１２ａにより行われる。即ち、本実施形態においては、ルーフ４及び誘電体層１６に夫々貫通孔４ａ、１６ａが設けられており、これらの貫通孔に挿通された信号線１２ａにより、電力又は電気信号の授受が行われる。

次に、図５及び図６を参照して、本発明の第１実施形態による車載用アンテナ１の製造方法を説明する。
図５は、本発明の第１実施形態による車載用アンテナ１の製造方法の手順を示すフローである。図６Ａ乃至図６Ｄは、製造方法における各工程を示す図である。

図５に示すように、本実施形態の車載用アンテナ１の製造方法は、車両２のルーフ４等の金属製の車両用部材を準備するステップＳ１と、準備された車両用部材の表面に車載用アンテナ１を形成する車載用アンテナ形成ステップＳ２と、を有する。

さらに、車載用アンテナ形成ステップＳ２には、工程１乃至工程６が含まれている。
工程１においては、図６Ａに示すように、車両用部材（図６の例ではルーフ４）表面の所定位置に、印刷により誘電体層１６が形成される。なお、車両用部材の背面に信号線１２ａを通すための貫通孔４ａ、１６ａは、誘電体層１６を形成した後で設けるのが良い。

工程２においては、車両用部材上に形成した誘電体層１６の表面に、アンテナパターン１０を形成するためのマスキングを施す。即ち、アンテナパターン１０を構成するための導電体を付着させない部分にマスキングを施す。
工程３においては、工程２において施されたマスキングの上から、アンテナパターン１０を形成するための金属体を塗装する。
工程４においては、工程２において施されたマスキングを除去する。これにより、マスキングを施していない部分のみに金属体が残り、図６Ｂに示すように、所定のアンテナパターン１０が誘電体層１６の表面に形成される。

工程５においては、図６Ｃに示すように、工程４において形成されたアンテナパターン１０を覆うように車両用部材の表面に塗装を施し、塗膜により被覆層２０を形成する。
工程６においては、図６Ｄに示すように、車両用部材（図６の例ではルーフ４の裏側）の所定位置にＲＦ回路１２を取り付ける。

これにより、車両用部材上に車載用アンテナ１が形成される。なお、車載用アンテナ形成ステップＳ２に含まれる各工程を行う順序は適宜変更することができる。例えば、工程６を実行した後、工程１〜工程５を実行しても良い。

このように、本発明の第１実施形態の車載用アンテナ１によれば、車両用部材であるルーフ４が誘電体アンテナの接地導体層として機能し、ルーフ４上に誘電体アンテナが構成されるので、ルーフ４の上にシャークフィンを設置して、その中にアンテナを配置した場合のように、車両２のデザインに影響を与えることがない。また、ルーフ４の表面にアンテナパターン１０が形成されるので、シャークフィンの内部にアンテナを配置した場合に比して、アンテナパターン１０を配置可能な面積を広く確保することができ、アンテナのレイアウト性を向上させることができる。また、アンテナを車室内に配置した場合のようにアンテナの性能が低下するのを防止することができる。

また、本実施形態の車載用アンテナ１によれば、アンテナパターン１０を覆うように、塗装により被覆層２０が形成されているので、アンテナパターン１０を保護することができると共に、被覆層２０が薄い塗膜であるため、アンテナの性能が大きく低下することがない。また、アンテナを設けることによる車両の外観への影響が殆どなく、デザイン性を損なったり、デザインに制約を与えることがない。

さらに、本実施形態の車載用アンテナ１によれば、車両のルーフ４にアンテナが形成されるので、アンテナのレイアウトに非常に大きな面積を確保することが可能になる。これにより、車両２のデザイン性を損なうことなく、高性能な車載用アンテナ１を搭載することが可能になる。また、本実施形態の車載用アンテナ１は、車両のルーフ４にアンテナが形成されるので、電波が障害物に遮られることが少なく、通信用のアンテナに好適である。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、上述した実施形態に種々の変更を加えることができる。特に、上述した実施形態においては、本発明の車載用アンテナを通信装置用のアンテナとして使用していたが、本発明の車載用アンテナをレーダー装置用のアンテナとして利用することもできる。

１ 車載用アンテナ
２ 車両
４ ルーフ（車両用部材）
４ａ 貫通孔
６ コントローラ（制御装置）
６ａ Ａ／Ｄ変換器
６ｂ ＣＰＵ
６ｃ 電源回路
８ 通信装置
１０ アンテナパターン
１０ａ 送信用のパターン
１０ｂ 受信用のパターン
１２ ＲＦ回路（送受信ユニット）
１２ａ 信号線
１４ 運転支援装置
１６ 誘電体層
１６ａ 貫通孔
１８ 線路パターン
２０ 被覆層

Claims (8)

1. 車載用アンテナであって、
   車両の外殻を構成する金属製の車両用部材と、
   この車両用部材の表面側に形成された誘電体層と、
   この誘電体層の表面側に形成されたアンテナパターンと、
   上記車両用部材の表面側に、上記誘電体層及び上記アンテナパターンを覆うように形成された被覆層と、
   上記車両用部材の背面側に設けられ、上記アンテナパターンへの給電及び／又は上記アンテナパターンからの信号の取得を行うための送受信ユニットと、
   を有することを特徴とする車載用アンテナ。
2. 上記被覆層は、上記車両用部材の表面側に塗布された塗装である請求項１記載の車載用アンテナ。
3. 上記車両用部材は、車両のボンネット、又はルーフである請求項１又は２記載の車載用アンテナ。
4. 上記アンテナパターンは送信用及び受信用に使用され、送信用のパターン及び受信用のパターンが交互に配列されている請求項１乃至３の何れか１項に記載の車載用アンテナ。
5. 上記アンテナパターンは送信用及び受信用に使用され、上記アンテナパターンのうちの少なくとも一部のパターンは、送信用及び受信用に兼用に使用される請求項１乃至３の何れか１項に記載の車載用アンテナ。
6. 上記アンテナパターンは送信用及び受信用に使用され、上記アンテナパターンのうちの少なくとも一部のパターンは、使用モードに応じて、送信用又は受信用に切り替えて使用される請求項１乃至３の何れか１項に記載の車載用アンテナ。
7. 上記アンテナパターンは、マイクロ波帯の電波を受信可能である請求項１乃至６の何れか１項に記載の車載用アンテナ。
8. 車載用アンテナの製造方法であって、
   車両の外殻を構成する金属製の車両用部材を準備するステップと、
   準備した上記車両用部材に車載用アンテナを形成する車載用アンテナ形成ステップと、を有し、
   この車載用アンテナ形成ステップは、上記車両用部材の表面側に誘電体層を形成する工程、上記誘電体層の表面側にアンテナパターンを形成する工程、上記車両用部材の表面側に上記アンテナパターンを覆うように被覆層を形成する工程、及び上記車両用部材の背面側に、上記アンテナパターンへの給電及び／又は上記アンテナパターンからの信号の取得を行うための送受信ユニットを取り付ける工程、を含むことを特徴とする車載用アンテナの製造方法。

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