JP3884772B2 - 偏平状のアンテナを自動車のウィンドウの内側に取り付けるためのアンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載の形式の、車両機器と、車両外部の送信機器および／または受信機器との間の、特にＧＨｚの範囲の周波数における無線通信を目的とした、偏平状のアンテナを自動車のウィンドウの内側に取り付けるためのアンテナ装置に関する。このようなアンテナ装置は英国特許第２２９０４１７号明細書に基づき公知である。
このようなアンテナ装置は例えば交通誘導技術システムにおいて、車両と走行区間に沿ったインフラストラクチャとの間のデジタル通信のために必要となる。この場合、インフラストラクチャは道路に沿った定置のビーコンから成っている。このようなビーコンと通信するために、車両は車両機器（ＯＢＵ−オンボードユニット）を有している。このような車両機器は、大量生産品としてできる限り低いコストで構成されるようになっている。最も簡単な場合、車両機器は、受動トランスポンダから成っている。この受動トランスポンダは、搬送周波数においていかなる不減衰振動をも生ぜしめることはない。必要な送信出力はビーコン信号から得られ、車両機器は受信信号の変調だけを行う。デジタル通信はビーコンから車両機器への伝送（ダウンリンク）と、引き続き行われる、車両機器からビーコンへの応答通信（アップリンク）とによって行われる。
車両ボデーは不可避の電磁波シールドを生ぜしめるので、少なくとも車両機器のアンテナを自動車のウィンドウ、有利にはウィンドウシールドつまりフロントウィンドウに固定することが有利である。しかしながらこのことから、アンテナエレメントの機能のための問題が生じる。通常はガラスから成るウィンドウ、つまり、７の範囲内の比較的高い誘電率を有するウィンドウの存在により、ウィンドウとアンテナとの間の仕切り面、もしくはこれらの間に位置する空隙に反射が生じる。このような反射によって、アンテナとウィンドウとの間の間隙は共振器のように作用する。従って、ウィンドウとアンテナとの間の間隔を半波長に合わせると有利である。これにより、提案された搬送周波数が５．８ＧＨｚの場合、約２５ｍｍの間隔が生じる。このような間隔は伝送減衰を最小にする。しかしながら、この場合に生じる指向特性が、側方に向かって著しく狭められ、ひいては狭い主ローブが生じる。これにより、車両の傾斜走行時またはフロントウィンドウが極端に傾斜している場合に指向性が著しく失われる。
さらに、ウィンドウはアンテナの共振周波数を変化させる。円偏波アンテナにとっては、いわゆる直交偏波減結合(Kreuzpolarisationsentkopplung)の著しい悪化が生じるおそれがある。
さらに、車両機器が２つのアンテナを有しており、これらのうちの一方が受信のために、他方が受信信号の再送信のために役立つことが公知である。ウィンドウに生じる反射によって、両アンテナの相互の結合が生じるおそれがある。これにより場合によっては車両機器の能動部分の振動が発生するおそれもある。
英国特許第２２９０４１７号明細書に基づき公知の装置は、アンテナとウィンドウとの間に誘電体層を有している。この誘電体層の寸法は、アンテナエレメントの寸法に比べて大きい。これにより主ローブ幅には誘電体層の誘電率を変えることによってしか影響を与えることができない。表面波を抑制するために、この公知の装置では、付加的な金属リングが必要である。アンテナエレメントに対して直角の方向には波は案内されていない。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第３８３４０７５号明細書、および、「ＩＥＥＥ トランスアクションズ オン アンテナズ アンド プロパゲイション（Transactions on Antennas and Propagation）」（第４２巻第２号、１９９４年２月１日、第２６０〜２６４頁）に基づく装置は、アンテナエレメントおよびウィンドウとの間に誘電体層を備えた装置を開示している。これらの公知の装置はやはり簡単には後から取り付けることはできない。誘電体層の寸法決めにより主ローブに影響を与えようとすることは明らかとされていない。
従って本発明の課題は、車両外部の送信機器および受信機器との通信の確実性が得られるようにアンテナ装置を改良することである。この課題は、本発明に基づき、請求項１の特徴を有するアンテナ装置によって解決される。
ウィンドウとアンテナとの間に挿入された中間素子により、ウィンドウとアンテナとの間、もしくは、ウィンドウと空気との間および空気とアンテナとの間の移行時に発生する反射成分が著しく減じられる。それというのは、相異なる層相互間の誘電係数の飛躍が減じられるからである。さらに、誘電体中間素子は、その側方の制限に基づき、アンテナの指向特性に影響を与えるためにも役立つ。板状の中間素子を使用することによって、ウィンドウによって指向特性が狭められることをほぼ完全に相殺することできるので、ウィンドウの介在がない場合と同様にアンテナを用いた通信が可能となることが判った。さらに中間素子の使用によって、アンテナとウィンドウとの間の必要な間隔を減じることができる。それというのは、中間素子の誘電率に基づき、同じ電気的な間隔が、より小さな機械的な間隔において達成されるからである。
ウィンドウとアンテナとの間の電気的に有効な間隔が半波長の数倍に調節されると有利である。この場合、事実上一般的には、半波長によって最小間隔が得られることが望ましい。
さらに、構造上の理由から有意義であると思われる場合には、中間素子と、ウィンドウおよび／またはアンテナとの間に空隙を設けることも考えられる。
中間素子を多数の部分で、同じオーダの誘電率を有する種々異なる層から形成することも考えられる。このようにすれば、例えば車両機器の薄いケーシング壁をアンテナとウィンドウとの間に挿入することができる。この場合側方の制限は、中間素子の残された部分によってのみ生ぜしめられる。
中間素子は、３〜５、有利には約４の誘電率を備えたプラスチックから成っていると有利である。
中間素子は板の形で形成されてよい。この中間素子の形状は偏平状のアンテナの形状に相当していると有利である。しかしながら、円筒板状の中間素子が、アンテナに向いたその表面がアンテナの表面よりも僅かに大きいように寸法設定されていると、通常の場合は有利である。この場合、中間素子の表面はアンテナの表面の大きさの２倍よりは大きくないのが望ましい。
本発明によるアンテナ装置は、車両機器に複数のアンテナが設けられている場合にも実現することができる。その場合、ウィンドウに、それぞれ１つの中間素子を介して、少なくとも２つのアンテナが配置されている。これらの少なくとも２つのアンテナは、共通の１つの支持プレートに配置されていると有利である。
本発明の実施例を図面につき以下に詳しく説明する。
第１図は、本発明によるアンテナ装置を概略的に示す断面図である。
第２図は、本発明によるアンテナ装置の指向特性を、従来の装置およびウィンドウなしのアンテナ装置と比べて示した図である。
第１図からは、支持プレート１に偏平状のアンテナ２が、例えばほぼ円形のアンテナエレメントとして取り付けられているのが判る。アンテナ２と自動車のウィンドウ３との間には中間素子４が挿入されている。この中間素子は、図示の実施例では、円筒形のプラスチック板として、ほぼ４の誘電率を有するように構成されている。中間素子４の厚さは、アンテナ２とウィンドウ３との間の間隔が電気的に半波長に相当するように選択されている。従って、ほぼ４の誘電率に基づき、５．８ＧＨｚの搬送周波数のための厚さはほぼ１２ｍｍである。
第１図から判るように、中間素子４の直径は、アンテナ２の直径よりも僅かに大きい。この場合、アンテナ２に向いた、中間素子４の接触面は、アンテナ２の表面の２倍よりは大きくない。第１図に示すアンテナ装置は１つのアンテナしか備えていないものの、別の実施例（図示省略）として複数、例えば２つのアンテナを備えたアンテナ装置も可能であり、この場合には、各アンテナはそれぞれ１つの中間素子を介してウィンドウに配置されている。両方のアンテナは有利には共通の１つの支持プレートに配置されてよい（図示省略）。
第２図は３つの指向特性Ａ，Ｂ，Ｃを示している。
指向特性Ａはウィンドウ３が介在しない偏平状のアンテナ２に当てはまる。この指向特性Ａから、斜めに入射する電磁波のためにも良好な受信・送信結果が達成されることが判る。それというのは、著しい減衰が、偏平状のアンテナ２の表面への極めて鋭角的な入射角において初めて発生するからである。
これに対して偏平状のアンテナ２がウィンドウ３の背後に、例えば、半波長の間隔を置いて取り付けられている場合、曲線Ｂに基づく指向特性が生ぜしめられる。このような曲線が意味するのは、直角の入射方向から比較的僅かにずれただけで既に著しい減衰が発生するので、比較的傾斜したフロントウィンドウまたは他の理由から斜めに入射する信号が既に、通信を持続的に妨げるおそれがあるということである。
これに対してアンテナ２とウィンドウ３との間に、誘電体中間素子４が挿入されている場合、質的に見てほぼ曲線Ａに相当する曲線Ｃが生ぜしめられる。これにより、ウィンドウ３の存在によって生じる指向特性の悪化（曲線Ａから曲線Ｂへの移行）が、誘電体中間素子４の挿入により補償される。

Claims (9)

1. 車両機器と、車両外部の送信機器および／または受信機器との間の、特にＧＨｚの範囲の周波数における無線通信を目的とした、偏平状のアンテナ（２）を自動車のウィンドウ（３）の内側に取り付けるためのアンテナ装置であって、前記アンテナ（２）と前記ウィンドウ（３）との間に、誘電体中間素子（４）が挿入されていて、該誘電体中間素子が、前記アンテナ（２）の指向特性に影響を与えるために、前記ウィンドウ（３）の誘電率と空気の誘電率との間の誘電率を有している形式のものにおいて、
   前記アンテナ（２）に向いた、前記誘電体中間素子（４）の表面が、前記アンテナ（２）の表面よりも僅かに大きいがしかし、前記アンテナ（２）の表面の２倍よりは大きくなく、かつ前記ウィンドウ（３）と前記アンテナ（２）との間の電気的に有効な間隔は、波長のほぼｎ・１／２に調節されており、この場合ｎは自然数であることを特徴とする、偏平状のアンテナを自動車のウィンドウの内側に取り付けるためのアンテナ装置。
2. 前記誘電体中間素子（４）と、前記ウィンドウ（３）および／または前記アンテナ（２）との間に空隙が設けられている、請求項１記載のアンテナ装置。
3. 前記誘電体中間素子（４）が、同じオーダの誘電率を有する種々の層から、複数の部分で形成されている、請求項１又は２記載のアンテナ装置。
4. 前記誘電体中間素子（４）が、３〜５の誘電率を有するプラスチックから成っている、請求項１から３までのいずれか１項記載のアンテナ装置。
5. 前記誘電体中間素子の誘電率がほぼ４である、請求項４記載のアンテナ装置。
6. 前記誘電体中間素子（４）が、板の形で形成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載のアンテナ装置。
7. 前記誘電体中間素子（４）の形状が、前記アンテナ（２）の形状に相応している、請求項１から６までのいずれか１項記載のアンテナ装置。
8. 前記ウィンドウ（３）に、それぞれ１つの前記誘導体中間素子（４）を介して、少なくとも２つの前記アンテナ（２）が配置されている、請求項１から７までのいずれか１項記載のアンテナ装置。
9. 少なくとも２つの前記アンテナ（２）が、共通の１つの支持プレート（１）に配置されている、請求項８記載のアンテナ装置。

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