JP4502799B2 - 車両用アンテナ装置の給電構造および車両用アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用窓ガラスに形成したアンテナ装置の給電構造および車両用アンテナ装置に関する。

一般的にＧＨｚ帯以上のアンテナを車両の窓ガラス面に構成する場合、アンテナサイズを考慮するとガラス面でアンテナがすべて完結するような構造が望ましい。この場合、ガラスの特性上、給電部に貫通穴を設けることが困難であるため、通常はガラスの単一面側でアンテナを構成せざるを得ない。ガラスの単一面側に設けられたアンテナは、平面アンテナと呼ばれ、この平面アンテナは、特許文献１に記載のものが知られている。

このような平面アンテナは、例えば人工衛星を利用して車両の位置を測定するＧＰＳ（Global Position System）通信網からの測位信号を受信するＧＰＳアンテナや、路側無線装置と車載器との狭域無線通信ＤＳＲＣ（Dedicated Short Range Communications）に利用されるＤＳＲＣアンテナや、人工衛星を利用した放送や各種の情報提供サービスから配信されるデータを受信するアンテナとして利用される。
この平面アンテナにおいては、実際にアンテナ装置として機能させるため、平面アンテナの給電部とモジュールの増幅器とを同軸線で接続する必要がある。

図１に、この平面アンテナ８のパターンを示す。平面アンテナ８は、ホット側アンテナ素子１０と、これを取り囲むアース側アンテナ素子１２とから構成される。
ホット側アンテナ素子１０は、中央部に略矩形状の開口１４を有し、略矩形状の外形を有する。１本の対角線上で対向する２個のコーナ部は切り欠かれて、摂動部１６ａ，１６ｂが形成されている。

アース側アンテナ素子１２は、中央部に矩形状の開口１８を有し、矩形状の外形を有する。開口１８内には、ホット側アンテナ素子１０が配置されるが、ホット側アンテナ素子１０の外周はアース側アンテナ素子１２の内周と離間されている。このような平面アンテナ８は、車両の窓ガラス面に導電材料で形成される。
特開２００４−２１４８１９号公報

平面アンテナには、増幅器を含むモジュールが、平面アンテナを覆うように組み付けられる。モジュールは、平面アンテナに対向する側に開口を有する箱状の容器の形をしており、内部には増幅器を含む電子回路が設けられている。増幅器は、同軸線によって、ホット側アンテナ素子の給電点とアース側アンテナ素子の給電点とに接続される。図１には、これら２つの給電点を代表して１つの給電点１９で示している。

同軸線の中心導体が、この給電点でホット側アンテナ素子に接続され、同軸線の外部導体が、この給電点でアース側アンテナ素子に接続される。
ホット側アンテナ素子１０およびアース側アンテナ素子１２の各給電点には、端子が付けられるが、端子サイズが微小であるためハンドリングが困難であり、給電点への端子付けが容易でない。また、端子付けにロボット等の機械設備が必要となりコスト高となる。

さらに、増幅器と平面アンテナの給電点とを同軸給電線で直接に接続すると、増幅器はモジュール内に構成されているためモジュールの取りはずしができなくなるので、途中にコネクタを挿入する必要があるなど、部品点数が増加する。この場合、コネクタ付きの同軸給電線が平面アンテナ側に付け捨て状態になるのでコスト高となる。

以上のような問題を解決する方法として、平面アンテナへの給電方式として容量給電方式を採用することが考えられる。この場合、容量給電のための電極である２個の容量給電素子を、平面アンテナのホット側アンテナ素子およびアース側アンテナ素子に対向させてそれぞれ設け、かつ、平面アンテナとの位置関係を精度よく安定に保持する必要がある。このためには、容量給電素子は、平面アンテナを覆うように組み付けられるモジュールに一体化される。

本発明の目的は、モジュールへ取り付ける構造を有する車両用アンテナ装置の給電構造を提供することにある。
本発明の他の目的は、このような給電構造を備える車両用アンテナ装置を提供することにある。

平面アンテナのホット側アンテナ素子およびアース側アンテナ素子にそれぞれ対向する２個の容量給電素子は、誘電体基板の表面に形成される。
この誘電体基板は、車両用窓ガラスに設けた平面アンテナから、平面アンテナに対し垂直方向に所定距離離れた位置に設けられるように、モジュール内部に取り付けられる。
この場合、誘電体基板と平面アンテナとの間には、空気が介在することが重要である。
誘電体基板は、平面アンテナに対して所定の距離に設ける必要があるが、誘電体基板をモジュールに取り付けた場合にばらつきが発生しても、空気の存在の故に、平面アンテナの性能は安定する。空気の厚さは０．３ｍｍ以上が好ましい。０．３ｍｍ以上であると、モジュール取り付けによるばらつきが発生しても、平面アンテナの性能の安定性が良好である。
空気を介在させずに、例えば誘電体基板を直接に平面アンテナに接触させる構造が考えられるが、このような構造では、モジュールを組み付けた際に、ばらつきにより平面アンテナと誘電体基板との間に隙間が生じ、この隙間の空気のために、平面アンテナの特性が大きく変化する。したがって、平面アンテナの性能を安定させるためには、組み付け精度を高くする必要がある。
また、容量給電素子をモジュール内の増幅器に同軸線等の給電線で接続する必要がある。増幅器は、誘電体基板のアンテナ側表面とは反対側に設けられているので、容量給電素子が誘電体基板のアンテナ側表面に形成されている場合には、誘電体基板内に導電路を設けるか、あるいは誘電体基板に貫通孔を設け、給電線を挿通しなければならない。
容量給電素子が誘電体基板のアンテナ側表面とは反対側の表面に形成されている場合には、容量給電を給電線で直接に接続することができる。

したがって、本発明は、車両用窓ガラスの一表面に形成された、ホット側アンテナ素子およびアース側アンテナ素子よりなる平面アンテナへ、この平面アンテナを覆うように前記窓ガラスに組み付けられるモジュールから給電する、車両用アンテナ装置の給電構造であって、前記モジュールの内部に固定された誘電体基板と、前記誘電体基板の表面に形成された、前記ホット側アンテナ素子に対向する第１の容量給電素子、および前記アース側アンテナ素子に対向する第２の容量給電素子とを備え、前記第１および第２の容量給電素子が形成された前記誘電体基板と、前記平面アンテナとの間には、空気が介在しており、前記誘電体基板は、前記モジュールの枠体に保持手段により固定されていることを特徴とする。

本発明によれば、容量給電素子を誘電体基板上に構成し、この誘電体基板をモジュールに固定させるため、アンテナと容量素子との位置関係を精度よく安定に実現できる。
また、容量給電素子を形成した誘電体基板と平面アンテナとの間に空気を介在させることで、製造上の位置バラツキの影響を受けにくい。
さらに、給電線をモジュール内部に格納することができるため、余分な作業（給電線のアンテナへの接続）を必要とせずにアンテナ装置を構成できる。

以下、図面を参照しながら本発明のアンテナ装置の給電構造の実施例を説明する。
図２Ａおよび図２Ｂは、本発明に係る容量給電素子の基本構成を示す。図２Ａは斜視図、図２Ｂは、図２Ａ図をＡ方向から見た側面図である。

図中、２０は車両の窓ガラスを示す。この窓ガラスの一表面には、図１で説明した平面アンテナ８が形成されている。この平面アンテナ８を覆うようにモジュール２２が組み付けられるが、図面をわかりやすくするため、モジュールは外形線のみを示す。

モジュール２２は、平面アンテナ８に対向する側に開口を有する箱状容器の形をしており、内部には増幅器を含む電子回路が設けられている。

モジュール２２には、平面アンテナ８に対向する側に２個の容量給電素子２４，２６が、モジュールに一体として設けられている。これら容量給電素子は、銅または金の導電性材料よりなる矩形状電極で構成される。

図２Ａ，図２Ｂの例では、容量給電素子２４は、ホット側アンテナ素子１０に対向し、容量給電素子２６は、アース側アンテナ素子１２に対向する。容量給電素子２４は、対向するホット側アンテナ素子１０と容量結合し、容量給電素子２６は、対向するアース側アンテナ素子１２と容量的に結合する。モジュール２２を窓ガラス２０に組み付けた状態で、容量給電素子２４，２６と平面アンテナ８との間の距離（隙間）は、図２Ｂに示すように、所定値ｄとなるように設定されている。なお、容量給電素子２４，２６と平面アンテナ８との間には隙間があり、空気が存在（介在）している。
さらに、容量給電素子２４，２６は、所定のギャップｅを介して、対向して配置される。

以上の容量給電素子は、モジュール２２に一体に取り付けられるが、以下に、モジュール２２への取り付け構造について説明する。

図３は、容量給電素子２４，２６を誘電体基板３０に形成し、誘電体基板をモジュール２２に保持することにより、容量給電素子をモジュールに取り付ける構造を示す。
誘電体基板３０のアンテナ側表面に、エッチング処理などで、導電性材料よりなる容量給電素子２４，２６を形成する。この誘電体基板３０を、モジュール２２の所定位置に固定する。その後、このモジュールを所定の位置精度で平面アンテナへ組み付ければ、結果として容量給電素子と平面アンテナの位置関係を安定に保持できることになる。
アンテナ側表面に形成された容量給電素子２４，２６は、モジュール内の増幅器（図示せず）に電気的に接続される。増幅器は、図３において、誘電体基板３０の上側に存在するので、誘電体基板内に導電路を形成して、給電線に接続する必要がある。

図４Ａは、２個の容量給電素子２４，２６間の誘電体基板部分に、誘電体基板を貫通する細長い開口３２を設け、この開口を経て導電路３４，３６を形成する例を示す。

図４Ｂは、図４ＡのＸ−Ｘ線断面図であり、導電路の形成の状態を示す。導電路３４は、容量給電素子２４から始まり、開口３２の側壁を通り、誘電体基板３０の反対側の面に折り返されている。導電路３６は、容量給電素子２６から始まり、開口３２の側壁を通り、誘電体基板３０の反対側の面に折り返されている。この反対側面上の導電路部分は、それぞれ給電線が接続される接続用ランドを構成する。このような接続用ランドには、給電線が接続される。

以上の例では、開口３２の側壁にある導電部は、同一幅のものが真正面に対向しているが、この間に容量結合が発生する。この容量結合を小さくするためには、図５に示すように、開口３２の側壁の導電路部分（太線で示す）を、互い違いに配置することにより、容量結合を小さくすることができる。図５では、導電路３４の１つの開口側壁部分を３４ａで、導電路３６の２つの開口側壁部分を３６ａ，３６ｂで示している。これら導電路部分は、真正面に対向していないので、図４Ａの場合に比べて、容量結合を小さくできる。

図６は、誘電体基板内に形成される他の導電路の例を示す。この例では、容量給電素子２４，２６の各々に対して、少なくとも１個（図では、２個）のスルーホール４０を誘電体基板３０に形成する。スルーホールは、多層回路基板で通常に用いられる技術であり、内面は導電処理されている。

さらに、容量給電素子とは反対側の面に接続用ランド４２，４４を形成する。容量給電素子２４、２６は、スルーホール４０を介して、接続用ランド４２，４４にそれぞれ電気的に接続される。このような接続用ランドには、給電線が接続される。

図７は、容量給電素子２４と２６との間の誘電体基板３０に貫通孔４６を設け、同軸給電線４８を挿通して容量給電素子と接続した例を示す。同軸給電線４８の一端での中心導体は容量給電素子２４に接続され、外部導体は容量給電素子２６に接続される。同軸給電線４８の他端は、モジュール２２内部の増幅器５０に接続される。

以上の各構造に用いられる誘電体基板としては、例えば、テフロン（登録商標）基板，ガラエポ基板，セラミック基板，ガラス基板などが考えられる。

また、以上の構造では、容量給電素子と平面アンテナとの間には空気が存在するので、選定する誘電体基板の材質が変更されても、これによるアンテナ共振周波数のシフト量は軽減され、容易にアンテナパターンの調整が可能となる。

容量給電素子が形成された誘電体基板３０は、モジュール２２に一体に固定される。固定方法としては、ビス止め，凸部止め，爪折り止め，スペーサー止めなどがある。

図８は、モジュールの外壁を構成する箱状の枠体５２の外部から、ビス５４によって誘電体基板を枠体５２に固定する例を示した。

図９は、枠体５２の外部から内部に向かってポンチによって凸部５６を形成し、これら凸部５６によって誘電体基板３０を保持する例を示す。

図１０Ａは、枠体５２の、壁面の一部に爪折り構造体５８を設け、爪６０を内部に折り曲げ、折り曲げられた爪６０の間に誘電体基板３０を保持した例を示す図である。図１０Ｂは、図１０Ａにおいて、矢印Ａの方向から、折り曲げる前の爪折り構造体５８を見た図である。

図１１は、電気的に影響の少ない低誘電率の誘電体のスペーサー６２によって、固定する例を示す。スペーサー６２は、枠体５２の天井部と誘電体基板３０にそれぞれ接着される。

以上それぞれ説明した固定方法により、誘電体基板３０がモジュール３２に固定されるので、モジュールを窓ガラス２０に組み付けたときに、平面アンテナと給電線素子との間を所定距離に保持することができる。

以上の各実施例では、容量給電素子を誘電体基板のアンテナ側表面に形成したが、アンテナ側表面とは反対側の表面に形成してもよい。
図１２は、容量給電素子２４，２６を誘電体基板３０のアンテナ側表面とは反対側の表面に形成した場合の給電構造を示す。この構造の場合、モジュール２２内の増幅器に５０に、容量給電素子２４，２６をそれぞれ給電線７４，７６で直接に接続することができる。同軸給電線を用いる場合、容量給電素子２４には同軸給電線の中心導体を、容量給電素子２６には外部導体を接続する。

以上の各実施例において、同軸給電線を用いる場合、用いる信号が高周波であるならば、中心導体と外部導体とを逆に接続してもよい。

また、以上の各実施例において、平面アンテナのホット側アンテナ素子が開口を有する場合について説明したが、本発明はホット側アンテナ素子が開口を有さない平面アンテナにも適用することができる。

平面アンテナのパターンを示す図である。 本発明に係る容量給電素子の基本構成を示す斜視図である。 図２ＡをＡ方向から見た側面図である。 容量給電素子をモジュールに取り付ける構造を示す図である。 開口を経て導電路を形成する例を示す図である。 図４ＡのＸ−Ｘ線断面図である。 開口の側壁の導電路の他の例を示す図である。 誘電体基板内に形成される他の導電路の例を示す図である。 貫通穴に同軸給電線を通過させて容量給電素子と接続した例を示す図である。 ビスによって誘電体基板を枠体に固定する例を示す図である。 凸部によって誘電体基板を保持する例を示す図である。 爪折り構造により誘電体基板を保持する例を示す図である。 折り曲げる前の爪折り構造体を示す図である。 スペーサにより誘電体基板を保持する例を示す図である。 給電構造の他の例を示す図である。

符号の説明

８ 平面アンテナ
１０ ホット側アンテナ素子
１２ アース側アンテナ素子
２２ モジュール
２４，２６ 容量給電素子
３０ 誘電体基板
３２ 開口
３４，３６ 導電路
４０ スルーホール
４２，４４ 接続用ランド
４６ 貫通孔
４８ 同軸給電線
５０ 増幅器
５２ モジュールの枠体
５４ ビス
５６ 凸部
６０ 爪

Claims (7)

1. 車両用窓ガラスの一表面に形成された、ホット側アンテナ素子およびアース側アンテナ素子よりなる平面アンテナへ、この平面アンテナを覆うように前記窓ガラスに組み付けられるモジュールから給電する、車両用アンテナ装置の給電構造であって、
   前記モジュールの内部に固定された誘電体基板と、
   前記誘電体基板の表面に形成された、前記ホット側アンテナ素子に対向する第１の容量給電素子、および前記アース側アンテナ素子に対向する第２の容量給電素子とを備え、
   前記第１および第２の容量給電素子が形成された前記誘電体基板と、前記平面アンテナとの間には、空気が介在しており、
   前記誘電体基板は、前記モジュールの枠体に保持手段により固定されていることを特徴とする車両用アンテナ装置の給電構造。
2. 車両用窓ガラスの一表面に形成された、ホット側アンテナ素子およびアース側アンテナ素子よりなる平面アンテナへ、この平面アンテナを覆うように前記窓ガラスに組み付けられるモジュールから給電する、車両用アンテナ装置の給電構造であって、
   前記モジュールの内部に固定された誘電体基板と、
   前記誘電体基板のアンテナ側表面に形成された、前記ホット側アンテナ素子に対向する第１の容量給電素子、および前記アース側アンテナ素子に対向する第２の容量給電素子と、
   前記誘電体基板のアンテナ側表面とは反対側の表面に形成された第１および第２の給電線接続用ランドと、
   前記誘電体基板の内部に形成された、前記第１の容量給電素子と前記第１の給電線接続用ランドとを接続する第１の導電路、および前記第２の容量給電素子と前記第２の給電線接続用ランドとを接続する第２の導電路とを備え、
   前記第１および第２の容量給電素子が形成された前記誘電体基板と、前記平面アンテナとの間には、空気が介在していることを特徴とする車両用アンテナ装置の給電構造。
3. 前記第１および第２の導電路は、前記誘電体基板に設けられた１個の細長い開口の側壁に設けられた導電体よりなることを特徴とする請求項２に記載の車両用アンテナ装置の給電構造。
4. 前記第１および第２の導電路は、前記誘電体基板に設けられた少なくとも１個のスルーホールの側壁に設けられた導電体よりなることを特徴とする請求項２に記載の車両用アンテナ装置の給電構造。
5. 車両用窓ガラスの一表面に形成された、ホット側アンテナ素子およびアース側アンテナ素子よりなる平面アンテナへ、この平面アンテナを覆うように前記窓ガラスに組み付けられるモジュールから給電する、車両用アンテナ装置の給電構造であって、
   前記モジュールの内部に固定された誘電体基板と、
   前記誘電体基板のアンテナ側表面に形成された、前記ホット側アンテナ素子に対向する第１の容量給電素子、および前記アース側アンテナ素子に対向する第２の容量給電素子と、
   前記誘電体基板に設けられた１個の貫通孔と、
   前記貫通孔内に挿通され、前記第１および第２の容量給電素子に接続される給電線とを備え、
   前記第１および第２の容量給電素子が形成された前記誘電体基板と、前記平面アンテナとの間には、空気が介在していることを特徴とする車両用アンテナ装置の給電構造。
6. 車両用窓ガラスの一表面に形成された、ホット側アンテナ素子およびアース側アンテナ素子よりなる平面アンテナへ、この平面アンテナを覆うように前記窓ガラスに組み付けられるモジュールから給電する、車両用アンテナ装置の給電構造であって、
   前記モジュールの内部に固定された誘電体基板と、
   前記誘電体基板のアンテナ側表面とは反対側の表面に形成された、前記ホット側アンテナ素子に対向する第１の容量給電素子、および前記アース側アンテナ素子に対向する第２の容量給電素子とを備え、
   前記第１および第２の容量給電素子が形成された前記誘電体基板と、前記平面アンテナとの間には、空気が介在しており、
   前記誘電体基板は、前記モジュールの枠体に保持手段により固定されていることを特徴とする車両用アンテナ装置の給電構造。
7. 車両用窓ガラスの一表面に形成された、ホット側アンテナ素子およびアース側アンテナ素子よりなる平面アンテナと、
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の給電構造と、
   を備えることを特徴とする車両用アンテナ装置。

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