JP4021814B2 - 車載アンテナ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スロットアンテナからなる車載アンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば車両用窓ガラスの車室内側の同一の表面上に設けられた放射導体および放射導体の外縁部から外側に向かい離間した位置で放射導体の縁部の周囲を囲む略環状の接地導体を備える平面アンテナが知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、例えば相対的に高仰角の人工衛星から発信される信号に対する受信感度を向上させるために、平面アンテナの法線方向が、平面アンテナの実装位置（例えば、車両用窓ガラス等）の法線方向よりも鉛直に近くなるように傾斜させるスペーサーを備える平面アンテナが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２５２５２０号公報
【特許文献２】
特開平５−６３４２４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来技術に係る平面アンテナを車両に搭載する際に、例えばフロントガラスやリアガラス等の車両用窓ガラスに配置する場合には、車両の乗員の視野が妨げられてしまうことを防止すると共に、車両の外観性が損なわれてしまうことを防止することが望まれている。
しかしながら、車両の外観性等に基づいて平面アンテナの寸法や配置等を規制すると、所望の送受信特性を得ることが困難になる虞がある。特に、鉛直方向に交差するように配置された車両用窓ガラスの表面に平面アンテナが設けられた場合には、水平方向から到来する垂直偏波に対する所望の送受信特性を確保することが困難になるという問題が生じる。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、車両への搭載性が損なわれることを抑制しつつ、水平方向から到来する垂直偏波に対する送受信特性を向上させることが可能な車載アンテナを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の発明の車載アンテナは、車両の窓ガラスの車室内側表面からなる誘電体基板（例えば、実施の形態でのリアガラス２）の表面（例えば、実施の形態での車室内側表面２Ａ）上に設けられ、水平面に対して鉛直方向下方に向かい第１角度（例えば、実施の形態での傾斜角度θ）をなす接地導体（例えば、実施の形態での接地導体２１）および該接地導体に形成され、前記誘電体基板の前記表面を露出させるスロット（例えば、実施の形態でのスロット２２）を具備するスロットアンテナと、前記スロットに近接した位置で該スロットよりも鉛直方向下方側の前記接地導体の表面上から突出し、前記接地導体の表面と第２角度（例えば、実施の形態での所定角度φ）をなす略板状の導電性反射部材（例えば、実施の形態での導電性反射板２４）とを備え、前記第２角度は前記第１角度よりも大きくなるように設定されていることを特徴としている。
【０００６】
上記構成の車載アンテナによれば、例えば誘電体基板が車両の窓ガラス等とされ、水平面に対して鉛直方向下方に向かい第１角度で交差する表面を有する場合であっても、この誘電体基板の表面上に形成されたスロットアンテナから、この表面に対して第２角度をなすようにして突出する導電性反射部材を備えることにより、この導電性反射部材の遮蔽効果によって所望の領域における電界強度を相対的に増大させることができる。すなわち、導電性反射部材を備えることでスロットアンテナの水平方向における放射特性を向上させることができ、水平方向から到来する垂直偏波に対する感度を向上させることができる。
【０００７】
さらに、請求項２に記載の発明の車載アンテナでは、前記接地導体は前記スロットが形成された位置を境界部として一体に形成された前記スロットよりも鉛直方向下方側に配置される第１導体部（例えば、実施の形態での第１導体部２１Ａ）および鉛直方向上方側に配置される第２導体部（例えば、実施の形態での第２導体部２１Ｂ）からなり、前記接地導体において前記鉛直方向に直交する方向である前記スロットの長手方向（例えば、実施の形態でのＹ方向）において、前記第２導体部（例えば、実施の形態での第２導体部２１Ｂ）の長さ（例えば、実施の形態での長さＬＢ）は前記第１導体部（例えば、実施の形態での第１導体部２１Ａ）の長さ（例えば、実施の形態での長さＬＡ）よりも短く形成され、前記スロットを境に前記第１および前記第２導体部が互いに非対称形状に形成されてなることを特徴としている。
【０００８】
上記構成の車載アンテナによれば、スロットアンテナの接地導体においてスロットが形成される位置を境界部として接地導体が非対称形状に形状されることで、例えば接地導体が対称形状に形成される場合に比べて、水平方向から到来する垂直偏波に対する指向特性をより無指向性に近い形状に設定することができる。
【０００９】
さらに、請求項３に記載の発明の車載アンテナは、前記接地導体の表面上に配置された増幅回路（例えば、実施の形態での増幅回路２５）を備えることを特徴としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の車載アンテナの一実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
本実施の形態による車載アンテナ１０は、例えば図１に示すように、車両１の窓ガラスのうち、例えばリアガラス２の周縁部２ａの車室内側表面２Ａ上に配置されている。
そして、この車載アンテナ１０は、例えば適宜の基地局等から送信される電波、特に水平方向から到来する垂直偏波を受信するアンテナとされている。
【００１４】
車載アンテナ１０は、例えば図２から図５に示すように、誘電体基板とされるリアガラス２の車室内側表面２Ａ上に配置された導電性薄膜等からなる接地導体２１および接地導体２１に形成されたスロット２２からなるスロットアンテナ１０ａと、接地導体２１に形成された補助スロット２３と、スロット２２に近接した位置で接地導体２１の表面上から突出し、接地導体２１の表面と所定角度φをなす略矩形板状の導電性反射板２４とを備えて構成されている。
【００１５】
接地導体２１は、例えば略矩形の導電性薄膜からなる２つの第１導体部２１Ａおよび第２導体部２１Ｂが、後述するスロット２２が形成された位置を境界部として一体に接続されて形成されている。そして、車両の後方に向かい下り勾配となるように、水平面Ｈに対して鉛直方向下方に向かい略鋭角の傾斜角度θで傾斜した車室内側表面２Ａ上において、例えば第２導体部２１Ｂは鉛直方向での上部側に配置され、第１導体部２１Ａは鉛直方向での下部側に配置されている。
【００１６】
そして、後述するスロット２２の長手方向（例えば、図５に示すＹ方向）において、例えば第２導体部２１Ｂの長さＬＢは第１導体部２１Ａの長さＬＡよりも短く（ＬＡ＞ＬＢ）形成され、第１導体部２１Ａおよび第２導体部２１Ｂはスロット２２を境にして互いに非対称形状に形成されている。
また、スロット２２の長手方向に直交すると共に第１導体部２１Ａの中心位置を含む第１導体部２１Ａの中心線ＰＡと、スロット２２の長手方向に直交すると共に第２導体部２１Ｂの中心位置を含む第２導体部２１Ｂの中心線ＰＢとは一致するように形成され、第１導体部２１Ａおよび第２導体部２１Ｂは、例えば各中心線ＰＡ，ＰＢに対して線対称形状に形成されている。
【００１７】
また、第１導体部２１Ａおよび第２導体部２１Ｂの境界部において、第１導体部２１Ａには略矩形の境界導体部２１Ｃが形成され、スロット２２の長手方向における境界導体部２１Ｃの長さＬＣは、例えば第２導体部２１Ｂの長さＬＢよりも長く、かつ、第１導体部２１Ａの長さＬＡよりも短く（ＬＡ＞ＬＣ＞ＬＢ）形成され、スロット２２の長手方向に直交すると共に境界導体部２１Ｃの中心位置を含む境界導体部２１Ｃの中心線ＰＣと、第１導体部２１Ａの中心線ＰＡとは一致するように形成されている。
【００１８】
また、例えばスロット２２の長手方向における第２導体部２１Ｂの長さＬＢおよびスロット２２の長手方向に直交する方向での第２導体部２１Ｂの長さＶＢによって設定される第２導体部２１Ｂの面積（例えば、ＬＢ×ＶＢ）は、例えば図６に示すように、リアガラス２の車室内側表面２Ａの水平面Ｈに対する傾斜角度θ（つまり、水平面Ｈに対する接地導体２１の表面の傾斜角度θ）の増大に応じて増加傾向に変化するように設定されている。
【００１９】
スロット２２は、第１導体部２１Ａおよび第２導体部２１Ｂの境界部において接地導体２１に形成された略矩形の貫通孔からなり、このスロット２２においてリアガラス２の車室内側表面２Ａが露出するようになっている。
補助スロット２３は、第２導体部２１Ｂに形成された略Ｕ字型の貫通孔からなり、このスロット２２においてリアガラス２の車室内側表面２Ａが露出すると共に、補助スロット２３の両端部はスロット２２に接続されている。
すなわち、第２導体部２１Ｂには、スロット２２および補助スロット２３によって周囲を囲まれる導体部２１Ｄが形成されている。
スロット２２の長手方向（例えば、図５に示すＹ方向）における補助スロット２３の長さＳＢは、例えば第２導体部２１Ｂの長さＬＢよりも短く（ＬＢ＞ＳＢ）形成されている。
【００２０】
また、スロット２２には、例えば図５に示すように、インピーダンス整合等に応じてスロット２２の長手方向における中心位置からずれた位置に給電点２６が設けられ、この給電点２６は、例えば図３に示すように、適宜の給電線２６ａを介して、例えば第１導体部２１Ａの表面上に配置された増幅回路２５に接続され、さらに、この増幅回路２５は、例えば送信機や受信機（図示略）等に接続されている。
【００２１】
導電性反射板２４は、例えば図４に示すように、接地導体２１の表面上においてスロット２２よりも鉛直方向下方側（つまり車両の後方側）にずれた位置から、車両の前方に向かい下り勾配となるように、接地導体２１の表面に対して所定角度φをなす方向に突出するようにして配置されている。
すなわち、スロット２２の長手方向に直交すると共に導電性反射板２４の中心位置を含む導電性反射板２４の中心線ＰＲは、各導体部２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃの各中心線ＰＡ，ＰＢ，ＰＣが伸びる方向のうち、鉛直方向上方側（つまり、車両の前方側）に向かう方向と所定角度φをなして交差しており、この所定角度φは、例えば水平面Ｈに対する接地導体２１の表面の傾斜角度θよりも大きくなるように設定されている。
【００２２】
スロット２２の長手方向に直交する方向での導電性反射板２４の長さＲＢは、例えば図７（ａ）に示すように、水平面Ｈに対する接地導体２１の表面の傾斜角度θの増大に応じて増加傾向に変化するように設定されている。
【００２３】
そして、後述する垂直偏波に対する所望の送受信感度を確保した状態において、スロット２２の長手方向に直交する方向での導電性反射板２４の長さＲＢは、約λ／４以下の適宜の寸法に形成されている。
また、導電性反射板２４と接地導体２１の表面とのなす角度、つまり所定角度φは、例えば図７（ｂ）に示すように、水平面Ｈに対する接地導体２１の表面の傾斜角度θの増大に応じて増加傾向に変化するように設定されている。
【００２４】
本実施の形態による車載アンテナ１０は上記構成を備えており、次に、この車載アンテナ１０の動作特性について添付図面を参照しながら説明する。
【００２５】
以下に、車載アンテナ１０の電場分布について説明する。
例えば図８（ａ）に示すように、水平面Ｈに対して所定の傾斜角度θで傾斜する第１導体部２１Ａにスロット２２が形成された状態においては、第１導体部２１Ａの表面に対して面対称になるような電場分布が生じ、第１導体部２１Ａの表面に直交する方向に伝搬する垂直偏波成分に対する送受信感度が増大する。このため、例えば傾斜角度θが小さい場合には、水平方向に伝搬する垂直偏波成分に対して、所望の送受信感度を確保することができない場合がある。
【００２６】
これに対して、例えば図８（ｂ）に示すように、第１導体部２１Ａの中心線ＰＡの鉛直方向上方側（つまり、車両の前方側）に伸びる方向に対して所定角度φをなし、車両の前方に向かい下り勾配となるようにして、第１導体部２１Ａの表面上でスロット２２よりも鉛直方向下方側（つまり車両の後方側）にずれた位置から導電性反射板２４を突出させると、水平方向に伝搬する垂直偏波成分に対する送受信感度を向上させることができる。
すなわち、導電性反射板２４の遮蔽効果によって、導電性反射板２４と第１導体部２１Ａとのなす角度が所定角度φの補角（π−φ）となるＢ領域の電場の強さが相対的に弱められ、導電性反射板２４と第１導体部２１Ａとのなす角度が所定角度φとなるＡ領域の電場の強さが相対的に強められる。これにより、水平面内（図１に示すＸＹ平面内）における垂直偏波成分に対する指向特性、つまり鉛直軸（図１に示すＺ軸）周りの垂直偏波成分に対する感度（利得）の変化において、例えば図９（ａ）に示すように、導電性反射板２４を備えた場合の指向特性βは、導電性反射板２４を省略した場合の指向特性αに比べて、導電性反射板２４が突出する車両の前方方向での利得が増大するようになる。
【００２７】
さらに、例えば図８（ｃ）に示すように、第１導体部２１Ａの中心線ＰＡの鉛直方向上方側（つまり、車両の前方側）に伸びる方向に導電性反射板２４と所定角度φをなすようにして、第１導体部２１Ａとは異なる形状の第２導体部２１Ｂを設けると、水平方向に伝搬する垂直偏波成分に対する送受信感度を、より一層、向上させることができる。
すなわち、導電性反射板２４と第２導体部２１Ｂとのなす角度が所定角度φとなるＡ領域の電場の強さが、より一層、強められ、導電性反射板２４と第１導体部２１Ａとのなす角度が所定角度φの補角（π−φ）となるＢ領域の電場の強さが、より一層、弱められると共に、第２導体部２１Ｂと第１導体部２１Ａとのなす角度がπ（１８０°）となるＣ領域およびＡ領域の電場分布がより好適に整形される。これにより、水平面内における垂直偏波成分に対する指向特性において、例えば図９（ｂ）に示すように、導電性反射板２４および第２導体部２１Ｂを備えた場合の指向特性γは、導電性反射板２４のみを備えた場合の指向性性βに比べて、水平面内の全方向での利得が増大すると共に、各方向毎にほぼ同等の利得となり、いわば無指向性の状態となる。
【００２８】
また、この車載アンテナ１０の垂直偏波成分に対する感度つまり利得の鉛直軸（図１に示すＺ軸）周りの平均値（平均利得）ｄＢａの周波数に応じた変化は、例えば図１０に示すように、所定の下限平均利得ｄＢよりも大きな値となり、垂直偏波成分に対する所望の送受信感度を確保することができることがわかる。
【００２９】
さらに、例えば図１１に示すように、第２導体部２１Ｂに補助スロット２３を設けることによって、例えば補助スロット２３を省略した場合に比べて、インピーダンス特性を向上させ、定在波比（SWR:Standing Wave Ratio）を低下させることができることがわかる。
【００３０】
上述したように、本実施の形態による車載アンテナ１０によれば、導電性反射板２４を備えることでスロットアンテナ１０ａの水平方向における放射特性を向上させることができ、水平方向から到来する垂直偏波に対する感度を向上させることができる。
しかも、垂直偏波に対する所望の送受信感度を確保した状態で導電性反射板２４の大きさを小型化することができるため、車両の乗員の視野が妨げられてしまうことを防止すると共に、車両の外観性が損なわれてしまうことも防止することができる。
さらに、接地導体２１においてスロット２２が形成される位置を境界部として接地導体２２の形状を非対称形状にすることで、例えば接地導体２２を対称形状に形成した場合に比べて、インピーダンス特性を向上させ、水平方向から到来する垂直偏波に対する送受信感度を向上させることができると共に、水平方向から到来する垂直偏波に対する指向特性をより無指向性に近い形状に設定することができる。
しかも、第２導体部２１Ｂに略Ｕ字型の補除スロットを形成し、補助スロット２３の両端部をスロット２２に接続することによって、インピーダンス特性を、より一層、向上させることができる。
【００３１】
なお、上述した本実施の形態では、スロット２２の長手方向において、第２導体部２１Ｂの長さは第１導体部２１Ａの長さよりも短く形成するとしたが、これに限定されず、例えば第１導体部２１Ａおよび第２導体部２１Ｂを同等の長さに、さらには、第１導体部２１Ａおよび第２導体部２１Ｂをスロット２２を境にして互いに対称形状に形成してもよい。
【００３２】
また、上述した本実施の形態において、スロット２２の長手方向における第１導体部２１Ａの中心線ＰＡと第２導体部２１Ｂの中心線ＰＢとは一致するとしたが、これに限定されず、例えばスロット２２の長手方向において中心線ＰＡと中心線ＰＢとがずれるように設定してもよい。
【００３３】
また、上述した本実施の形態において、導電性反射板２４は接地導体２１の表面上でスロット２２よりも鉛直方向下方側（つまり車両の後方側）にずれた位置から突出するとしたが、これに限定されず、例えば図１２に示すように、スロット２２よりも鉛直方向上方側（つまり車両の前方側）にずれた位置から突出するように配置してもよい。
また、上述した本実施の形態において、導電性反射板２４の中心線ＰＲは、第１導体部２１Ａの中心線ＰＡおよび第２導体部２１Ｂの中心線ＰＢおよび境界導体部２１Ｃの中心線ＰＣと交差するとしたが、これに限定されず、例えば導電性反射板２４の中心線ＰＲが各中心線ＰＡ，Ｂ，ＰＣと交差せず、スロット２２の長手方向において各中心線ＰＡ，Ｂ，ＰＣからずれた位置を含むように設定してもよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明の車載アンテナによれば、導電性反射部材を備えることでスロットアンテナの水平方向における放射特性を向上させることができ、水平方向から到来する垂直偏波に対する感度を向上させることができる。
さらに、請求項２に記載の発明の車載アンテナによれば、スロットが形成される位置を境界部として接地導体が非対称形状に形成されることで、例えば接地導体が対称形状に形成される場合に比べて、水平方向から到来する垂直偏波に対する指向特性をより無指向性に近い形状に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態に係る車載アンテナを搭載した車両の斜視図である。
【図２】 図１に示す車載アンテナの斜視図である。
【図３】 図１に示す車載アンテナの斜視図である。
【図４】 図１に示す車載アンテナの断面図である。
【図５】 図１に示す車載アンテナの接地導体の平面図である。
【図６】 図１に示す車載アンテナのリアガラスの傾斜角度θに応じた第２導体部の面積の変化の一例を示すグラフ図である。
【図７】 図７（ａ）は図１に示す車載アンテナにおいて水平面Ｈに対する接地導体の表面の傾斜角度θに応じた導電性反射板の面積の変化の一例を示すグラフ図であり、図７（ｂ）は図１に示す車載アンテナにおいて水平面Ｈに対する接地導体の表面の傾斜角度θに応じた導電性反射板と接地導体の表面とのなす所定角度φの変化の一例を示すグラフ図である。
【図８】 図８（ａ）は図１に示す車載アンテナにおいて、第２導体部および導電性反射板を省略した場合の電場分布の一例を示すグラフ図であり、図８（ｂ）は図１に示す車載アンテナにおいて、導電性反射板を省略した場合の電場分布の一例を示すグラフ図であり、図８（ｃ）は図１に示す車載アンテナの電場分布の一例を示すグラフ図である。
【図９】 図９（ａ）は図８（ａ）に示す車載アンテナと図８（ｂ）に示す車載アンテナとの水平面内における垂直偏波に対する指向特性の一例を示すグラフ図であり、図９（ｂ）は図８（ｂ）に示す車載アンテナと図８（ｂ）に示す車載アンテナとの水平面内における垂直偏波に対する指向特性の一例を示すグラフ図である。
【図１０】 図１に示す車載アンテナの平均利得の周波数に応じた変化の一例を示すグラフ図である。
【図１１】 図１に示す車載アンテナと、図１に示す車載アンテナにおいて補助スリットを省略した状態とに対する定在波比の周波数に応じた変化の一例を示すグラフ図である。
【図１２】 本実施形態の変形例に係る車載アンテナの断面図である。
【符号の説明】
２ リアガラス（誘電体基板）
１０ 車載アンテナ
１０ａ スロットアンテナ
２１ 接地導体
２１Ａ 第１導体部（導体部）
２１Ｂ 第２導体部（導体部）
２１Ｄ 導体部（第２導体部）
２２ スロット
２３ 補助スロット

Claims (3)

1. 車両の窓ガラスの車室内側表面からなる誘電体基板の表面上に設けられ、水平面に対して鉛直方向下方に向かい第１角度をなす接地導体および該接地導体に形成され、前記誘電体基板の前記表面を露出させるスロットを具備するスロットアンテナと、
   前記スロットに近接した位置で該スロットよりも鉛直方向下方側の前記接地導体の表面上から突出し、前記接地導体の表面と第２角度をなす略板状の導電性反射部材とを備え、
   前記第２角度は前記第１角度よりも大きくなるように設定されていることを特徴とする車載アンテナ。
2. 前記接地導体は前記スロットが形成された位置を境界部として一体に形成された前記スロットよりも鉛直方向下方側に配置される第１導体部および鉛直方向上方側に配置される第２導体部からなり、前記接地導体において前記鉛直方向に直交する方向である前記スロットの長手方向において、前記第２導体部の長さは前記第１導体部の長さよりも短く形成され、前記スロットを境に前記第１および前記第２導体部が互いに非対称形状に形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の車載アンテナ。
3. 前記接地導体の表面上に配置された増幅回路を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車載アンテナ。

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