JP4951028B2 - 車載アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載される車載アンテナ装置に関する。

車両に搭載される車載アンテナ装置として車両ボデーの天井部分とピラー部分とが交差するコーナー部付近で車両のウィンドウに貼付可能なフィルムアンテナが提案されている（例えば特許文献１参照）。又、双ループ形状のアンテナを高利得化する技術としてアンテナエレメントの背面側に反射素子が設けられる構成が提案されている（例えば特許文献２参照）。

特許第４０６４９７８号公報 特開２００８−１１３４０７号公報

特許文献１に開示されている技術によれば、運転者の車両前方への視界を妨げない位置にフィルムアンテナを貼付けることで運転者の車両前方への視界を確保することができるが、電磁波を車室外方向へ放射するだけでなく車室内方向へも放射することになるので、フィルムアンテナと同一の通信周波数帯域を使用する通信機器が車室内に搭載されているとその通信機器の動作に干渉を及ぼしてしまう虞がある。又、特許文献２に開示されている双ループ形状のアンテナを車両に搭載することを想定すると、双ループ形状のアンテナと車両ボデーとの間にある程度の距離を確保する必要があり、例えば車両のフロントウィンドウに搭載した場合には運転者の車両前方への視界を確保することができない。

本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、車両のウィンドウに搭載した場合に運転者の視界を適切に確保することができ、しかも、同一の通信周波数帯域を使用する通信機器が車室内に搭載されていた場合であっても、その通信機器の動作への干渉を回避することができる車載アンテナ装置を提供することにある。

請求項１に記載した発明によれば、誘電体部材上にアンテナエレメントが形成され、誘電体部材は、正面部と背面部と側面部とを有し、正面部と背面部との間隔である側面部の高さ寸法が使用周波数の４分の１波長と電磁波が当該誘電体部材中を伝搬する際の波長短縮率とを乗じた積に相当する長さに構成され、側面部にあって一部位に給電点が設けられ、側面部にあって給電点を挟む一部に反射板として作用する導体面が設けられていると共に背面部に反射板として作用する導体面が設けられている。又、アンテナエレメントは、誘電体部材の正面部に背面部の面方向に対して平行に設けられ、基端部が正面部の一隅部において給電点に接続されると共に基端部から先端部までの部分の少なくとも一部が基端部から先端部に向かうに連れて側面部に設けられている導体面から離れる形状に形成されている。そして、誘電体部材の正面部の面全体が車両のウィンドウに接するように取付可能に構成されている。

これにより、誘電体部材の側面部に設けられている導体面がグランドとして作用することで車載アンテナ装置全体の平面方向（正面部及び背面部の面方向）の面積を抑えることができ、車両のウィンドウに搭載した場合に運転者の視界を適切に確保することができる。しかも、誘電体部材の背面部に設けられている導体面が反射板（反射素子）として作用することで電磁波の車室内方向への放射を回避し、同一の通信周波数帯域を使用する通信機器が車室内に搭載されていた場合であっても、その通信機器の動作への干渉を回避することができると共に、車室外方向への利得を高めることができる。又、誘電体部材の側面部に設けられている導体面がグランドとして作用するだけでなく反射板としても作用することで電磁波の側面方向への放射をも回避することができる。

請求項２に記載した発明によれば、アンテナエレメントは、一の基端部と二の先端部とを有するように分岐され、二の先端部のうち一方が側面部にあって給電点よりも一方側に設けられている導体面に接続され且つ他方が側面部にあって給電点よりも他方側に設けられている導体面に接続されていることで双ループ形状又は双折返し形状に形成されている。これにより、双ループ形状又は双折返し形状のアンテナエレメントを実現することができる。

請求項３に記載した発明によれば、アンテナエレメントは、一の基端部と一の先端部とを有し、一の先端部が側面部にあって給電点よりも何れかの側に設けられている導体面に接続されていることでループ形状又は折返し形状に形成されている。これにより、ループ形状又は折返し形状のアンテナエレメントを実現することができる。

請求項４に記載した発明によれば、アンテナエレメントは、一の基端部と一の先端部とを有し、一の先端部が開放されていることでオープン形状に形成されている。これにより、オープン形状（モノポール形状）のアンテナエレメントを実現することができる。

請求項５に記載した発明によれば、誘電体部材は、透過性を有する材料から構成されている。これにより、車両のウィンドウに搭載した場合に運転者の視界をより適切に確保することができる。

請求項６に記載した発明によれば、導体面は、透過性を有するように構成されている。これにより、この場合も、車両のウィンドウに搭載した場合に運転者の視界をより適切に確保することができる。

本発明の第１の実施形態を示すもので、車両のウィンドウに取付けられている態様を示す図 正面方向から見た斜視図（ａ）及び背面方向から見た斜視図（ｂ） 指向性パターンをシミュレーションした結果を示す図 本発明の第２の実施形態を示す正面方向から見た斜視図 本発明の第３の実施形態を示す正面方向から見た斜視図 本発明の第４の実施形態を示す正面方向から見た斜視図 本発明の第５の実施形態を示す縦断側面図

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について図１乃至図３を参照して説明する。図２（ａ）は車載アンテナ装置を正面方向から見た斜視図を示しており、図２（ｂ）は車載アンテナ装置を背面方向から見た斜視図を示している。車載アンテナ装置１は、誘電体部材２上にアンテナエレメント３が形成されて構成されている。誘電体部材２は、１面の正面部２ａと４面の側面部２ｂ〜２ｅと１面の背面部２ｆとを有する直方体の形状をなし、それら６面のうち側面部２ｂ、２ｃ及び背面部２ｆの３面には導電性材料により導体面４〜６（図１及び図２でクロスハッチングにより示す面）が形成されている。

導体面４は側面部２ｂにあって側面部２ｃとの境界における一部を除いた略全域に形成されており、導体面５は側面部２ｃにあって側面部２ｂとの境界における一部を除いた略全域に形成されている。導体面６は背面部２ｆの略全域に形成されている。導体面４〜６は例えば銅箔や銀ペーストにより形成されている。

側面部２ｂにあって導体面４が形成されていない部分及び側面部２ｃにあって導体面５が形成されていない部分には両者（側面部２ｂと側面部２ｃと）に跨るように給電点７が設けられている。給電点７と導体面４とは絶縁領域８ａにより絶縁されており、給電点７と導体面５とは絶縁領域８ｂにより絶縁されている。又、側面部２ｂ〜２ｅの高さ方向の寸法（図２中「ｄ」にて示す）は使用周波数の４分の１波長と電磁波が誘電体部材２中を伝搬する際の波長短縮率とを乗じた積に相当する寸法であることが望ましいが、その値に近い値であれば良い（多少の許容範囲を含む）。

アンテナエレメント３は、誘電体部材２の正面部２ａに背面部２ｆの面方向に平行に形成されている。アンテナエレメント３は１つの基端部３ａと２つの先端部３ｂ、３ｃとを有する分岐した形状をなし、基端部３ａから第１の先端部３ｂに向かって鈍角な屈曲部３ｄと鋭角な屈曲部３ｅとを有する逆レ字形状なす部分は第１のエレメント部９とされ、基端部３ａから第２の先端部３ｃに向かって鈍角な屈曲部３ｆと鋭角な屈曲部３ｇとを有する部分は第２のエレメント部１０とされ、それら第１のエレメント部９と第２のエレメント部１０とが組み合わされた形状をなしている。

即ち、第１のエレメント部９にあって基端部３ａから鋭角な屈曲部３ｅまでの部分は基端部３ａから鋭角な屈曲部３ｅに向かうに連れて側面部２ｂに形成されている導体面４から離れる形状に形成されており、第２のエレメント部１０にあって基端部３ａから鋭角な屈曲部３ｇまでの部分は基端部３ａから鋭角な屈曲部３ｇに向かうに連れて側面部２ｃに形成されている導体面５から離れる形状に形成されている。

基端部３ａは正面部２ａの一隅部において上記した給電点７に接続（導通）されており、第１の先端部３ｂは誘電体部材２の側面部２ｂと正面部２ａとの境界線上の略中間地点で当該側面部２ｂに形成されている導体面４に接続されており、第２の先端部３ｃは誘電体部材２の側面部２ｃと正面部２ａとの境界線上の略中間地点で当該側面部２ｃに形成されている導体面５に接続されている。即ち、アンテナエレメント３は、第１のエレメント部９がループ形状に形成されていると共に第２のエレメント部１０がループ形状に形成されていることで、正面部２ａの一隅部と当該一隅部と対角する他隅部とを結ぶ直線を線対称中心とする双ループ形状に形成されている。

第１のエレメント部９のエレメント長（基端部３ａから第１の先端部３ｂまでの長さ）及び第２のエレメント部１０のエレメント長（基端部３ａから第２の先端部３ｃまでの長さ）は、それぞれ使用周波数の２分の１波長であり、全体としてウィンドウのガラスの誘電率による波長短縮率「０．７〜０．８」倍が考慮されて設計されている。

上記したように構成されてなる車載アンテナ装置１は、図１に示すように、車両ボデーの天井部分１１とピラー部分１２とが交差するコーナー部付近で誘電体部材２の正面部２ａの面全体がウィンドウ１３に接するように取付けられ、給電点７に給電用ケーブル１４が接続される。この場合、誘電体部材２の側面部２ｂに形成されている導体面４は車両ボデーの天井部分１１に接地され、誘電体部材２の側面部２ｃに形成されている導体面５は車両ボデーのピラー部分１２に接地される。

上記した構成では、誘電体部材２の側面部２ｂに導体面４が形成されていると共に側面部２ｃに導体面５が形成されており、それら導体面４及び導体面５がグランドとして作用することで車載アンテナ装置１全体の平面方向（正面部２ａ及び背面部２ｆの面方向）の面積が抑えられる。又、給電用ケーブル１４を通じてアンテナエレメント３の給電点７に給電されると、アンテナエレメント３が誘電体部材２の正面部２ａの面方向に沿って双ループ面を形成する双ループ形状をなしているので、電磁波が車室外方向である正面方向に放射されると共に、電磁波が車室内方向である背面方向にも放射されることになるが、本実施形態では誘電体部材２の背面部２ｆの略全域に導体面６が形成されていることで、背面方向に放射された電磁波は背面部２ｆに形成されている導体面６で反射されて正面方向に放射される。又、誘電体部材２の側面部２ｂに形成されている導体面４及び側面部２ｃに形成されている導体面５がグランドとして作用するだけでなく反射板としても作用することで電磁波の側面方向への放射が抑制される。

さて、発明者は上記した本実施形態の構成を採用することで正面方向への利得がどの程度改善されるかをシミュレーションした。図３はシミュレーションした結果を示しており、（ａ）は誘電体部材２に導体面４と導体面５だけが形成されている（導体面６が形成されていない）構成での指向性パターンをシミュレーションした結果を示しており、（ｂ）は誘電体部材２に導体面４と導体面５と導体面６が形成されている構成での指向性パターンをシミュレーションした結果を示している。図３から明らかなように、誘電体部材２の背面部２ｆに導体面６が形成されることで、背面方向（図３では−Ｚ方向）の利得が減少し且つ正面方向（図３では＋Ｚ方向）の利得が増加しており、誘電体部材２の背面部２ｆに形成されている導体面６が反射板として機能していると結論付けることができる。

以上に説明したように第１の実施形態によれば、車載アンテナ装置１において、誘電体部材２の側面部２ｂに形成されている導体面４及び側面部２ｃに形成されている導体面５がグランドとして作用することで装置全体の平面方向の面積を抑えることができ、車両のウィンドウに搭載した場合に運転者の視界を適切に確保することができる。しかも、誘電体部材２の背面部２ｆに形成されている導体面６が反射板として作用することで電磁波の車室内方向への放射を回避することができ、同一の通信周波数帯域を使用する通信機器が車室内に搭載されていた場合であっても、その通信機器の動作への干渉を回避することができると共に、車室外方向への利得を高めることができる。又、誘電体部材２の側面部２ｂに形成されている導体面４及び側面部２ｃに形成されている導体面５がグランドとして作用するだけでなく反射板としても作用することで電磁波の側面方向への放射をも回避することができる。

又、比誘電率が高い誘電体部材２を用いることにより、アンテナエレメント３のサイズを小型化することができると共に、誘電体部材２の厚さである側面部２ｂ〜２ｅの高さ方向の寸法を使用周波数の４分の１波長よりも短くすることができ、車載アンテナ装置１自体のサイズを小型化することができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について図４を参照して説明する。尚、第１の実施形態と同一部分については説明を省略して異なる部分について説明する。第２の実施形態は第１の実施形態に対してアンテナエレメントの形状が異なる。即ち、アンテナエレメント２１は、１つの基端部２１ａと２つの先端部２１ｂ、２１ｃとを有する分岐した形状をなし、基端部２１ａから第１の先端部２１ｂに向かって直角な屈曲部２１ｄ、２１ｅを有するコ字形状なす部分は第１のエレメント部２２とされ、基端部２１ａから第２の先端部２１ｃに向かって直角な屈曲部２１ｆ、２１ｇを有するコ字形状なす部分は第２のエレメント部２３とされ、それら第１のエレメント部２２と第２のエレメント部２３とが組み合わされた形状をなしている。

即ち、第１のエレメント部２２にあって基端部２１ａから直角な屈曲部２１ｄまでの部分は基端部２１ａから直角な屈曲部２１ｄに向かうに連れて側面部２ｂに形成されている導体面４から離れる形状に形成されており、第２のエレメント部２３にあって基端部２１ａから直角な屈曲部２１ｆまでの部分は基端部２１ａから直角な屈曲部２１ｆに向かうに連れて側面部２ｂに形成されている導体面４から離れる形状に形成されている。

基端部２１ａは正面部２ａの一隅部において上記した給電点７に接続されており、第１の先端部２１ｂは誘電体部材２の側面部２ｂと正面部２ａとの境界線上で当該側面部２ｂに形成されている導体面４に接続されており、第２の先端部２１ｃは誘電体部材２の側面部２ｃと正面部２ａとの境界線上で当該側面部２ｃに形成されている導体面５に接続されている。即ち、アンテナエレメント２１は、第１のエレメント部２２が折返し形状に形成されていると共に第２のエレメント部２３が折返し形状に形成されていることで、正面部２ａの一隅部と当該一隅部と対角する他隅部とを結ぶ直線を線対称中心とする双ループ形状に形成されている。

第１のエレメント部２２のエレメント長（基端部２１ａから第１の先端部２１ｂまでの長さ）及び第２のエレメント部２３のエレメント長（基端部２１ａから第２の先端部２１ｃまでの長さ）は、それぞれ使用周波数の２分の１波長である。そして、第１の実施形態と同様にして車両ボデーの天井部分１１とピラー部分１２とが交差するコーナー部付近で誘電体部材２の正面部２ａの面全体がウィンドウ１３に接するように取付けられ、給電点７に給電用ケーブル１４が接続される。第２の実施形態は第１の実施形態と比較してアンテナエレメント２１の形状が異なるだけであるので、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について図５を参照して説明する。尚、第１の実施形態と同一部分については説明を省略して異なる部分について説明する。第３の実施形態も第１の実施形態に対してアンテナエレメントの形状が異なる。即ち、アンテナエレメント３１は、基端部３１ａから先端部３１ｂに向かって直角な屈曲部３１ｃ、３１ｄを有するコ字形状なすエレメント部３２を有する形状をなしている。即ち、エレメント部３２にあって基端部３１ａから直角な屈曲部３１ｃまでの部分は基端部３１ａから直角な屈曲部３１ｃに向かうに連れて側面部２ｂに形成されている導体面４及び側面部２ｃに形成されている導体面５から離れる形状に形成されている。

基端部３１ａは正面部２ａの一隅部において上記した給電点７に接続されており、先端部３１ｂは誘電体部材２の側面部２ｂと正面部２ａとの境界線上で当該側面部２ｂに形成されている導体面４に接続されている。即ち、アンテナエレメント３１は、エレメント部３２が折返し形状に形成されている。

エレメント部３２のエレメント長（基端部３１ａから先端部３１ｂまでの長さ）は、使用周波数の２分の１波長である。そして、第１の実施形態と同様にして車両ボデーの天井部分１１とピラー部分１２とが交差するコーナー部付近で誘電体部材２の正面部２ａの面全体がウィンドウ１３に接するように取付けられ、給電点７に給電用ケーブル１４が接続される。第３の実施形態も第１の実施形態と比較してアンテナエレメント３１の形状が異なるだけであるので、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について図６を参照して説明する。尚、第１の実施形態と同一部分については説明を省略して異なる部分について説明する。第４の実施形態も第１の実施形態に対してアンテナエレメントの形状が異なる。即ち、アンテナエレメント４１は、基端部４１ａから先端部４１ｂに向かって直線状に延びるエレメント部４２を有する形状をなしている。即ち、エレメント部４２の全体は基端部４１ａ先端部４１ｂに向かうに連れて側面部２ｂに形成されている導体面４及び側面部２ｃに形成されている導体面５から離れる形状に形成されている。

基端部４１ａは正面部２ａの一隅部において上記した給電点７に接続されており、先端部４１ｂは開放されている。エレメント部４２のエレメント長（基端部４１ａから先端部４１ｂまでの長さ）は、使用周波数の４分の１波長である。そして、第１の実施形態と同様にして車両ボデーの天井部分１１とピラー部分１２とが交差するコーナー部付近で誘電体部材２の正面部２ａの面全体がウィンドウ１３に接するように取付けられ、給電点７に給電用ケーブル１４が接続される。第４の実施形態も第１の実施形態と比較してアンテナエレメント４１の形状が異なるだけであるので、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態について図７を参照して説明する。尚、第１の実施形態と同一部分については説明を省略して異なる部分について説明する。第５の実施形態は車載アンテナ装置にフロントエンド回路が一体的に組み付けられている構成である。即ち、第１の実施形態で説明した車載アンテナ装置１に対応する車載アンテナ装置５１は、誘電体部材５２上にアンテナエレメント５３が形成され、誘電体部材５２の背面部に導体面５４が形成されており、メイン基板５５の一方の表面部５５ａに実装されている。尚、誘電体部材５２は、第１の実施形態で説明した誘電体部材２と同様にして背面部に導体面５４が形成されているだけでなく側面部にも導体面が形成されている。

各種電子部品からなるフロントエンド回路５６は、メイン基板５５の一方の表面部５５ｂに実装されている。車載アンテナ装置５１とフロントエンド回路５６とを一体化するメイン基板５５は、上端側が基板保持部５７に保持されると共に下端側が基板保持部５８に保持されている状態で樹脂ケース５９に内蔵されている。又、アンテナエレメント５３はフロントエンド回路５６側からアンテナエレメント５３に向けて貫通している給電線６０を通じて給電されるようになっている。第５の実施形態も第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができ、しかも、この場合は、フロントエンド回路５６を一体化することができる。

（その他の実施形態）
本発明は、上記した実施形態にのみ限定されるものではなく、以下のように変形又は拡張することができる。
アンテナエレメントの形状が互いに異なる複数の経路長を形成するようにエレメントの一部を短絡する短絡部（バイパス部）や幅広な幅広部を有しても良く、そのようにすれば、互いに異なる複数のエレメント長を実現することができ、使用周波数帯域を広帯域化することができる。
誘電体部材が透過性を有する材料から構成されていたり、導体面が透過性を有するように例えばメッシュ状に構成されていたり、第５の実施形態で説明した樹脂ケースが透過性を有する材料から構成されていたりしても良く、そのようにすれば、車両のウィンドウに搭載した場合に運転者の視界をより適切に確保することができる。
車載アンテナ装置が搭載される場所は、車両のフロントウィンドウ、リアウィンドウ及びサイドウィンドウの何れであっても良い。又、複数の車載アンテナ装置が搭載されることでダイバーシティが行われるようにしても良い。

図面中、１は車載アンテナ装置、２は誘電体部材、２ａは正面部、２ｂ〜２ｅは側面部、２ｆは背面部、３はアンテナエレメント、３ａは基端部、３ｂ、３ｃは先端部、４〜６は導体面、７は給電点、１１は車両の天井部分、１２は車両のピラー部分、１３は車両のウィンドウ、２１はアンテナエレメント、２１ａは基端部、２１ｂ、２１ｃは先端部、３１はアンテナエレメント、３１ａは基端部、３１ｂは先端部、４１はアンテナエレメント、４１ａは基端部、４１ｂは先端部、５１は車載アンテナ装置、５２は誘電体部材、５３はアンテナエレメントである。

Claims (7)

1. 車両ボデーの天井部分とピラー部分とが交差するコーナー部付近で車両のウィンドウに取付可能な車載アンテナ装置であって、
   正面部と背面部と側面部とを有し、前記正面部と前記背面部との間隔である前記側面部の高さ寸法が使用周波数の４分の１波長と電磁波が当該誘電体部材中を伝搬する際の波長短縮率とを乗じた積に相当する長さに構成され、前記側面部にあって一部位に給電点が設けられ、前記側面部にあって前記給電点を挟む一部に反射板として作用する導体面が設けられていると共に前記背面部に反射板として作用する導体面が設けられている誘電体部材と、
   前記誘電体部材の前記正面部に前記背面部の面方向に対して平行に設けられ、基端部が前記正面部の一隅部において前記給電点に接続されると共に前記基端部から先端部までの部分の少なくとも一部が前記基端部から前記先端部に向かうに連れて前記側面部に設けられている前記導体面から離れる形状に形成されているアンテナエレメントとを備え、
   前記誘電体部材の前記正面部の面全体が車両のウィンドウに接するように取付可能に構成されていることを特徴とする車載アンテナ装置。
2. 請求項１に記載した車載アンテナ装置において、
   前記アンテナエレメントは、一の基端部と二の先端部とを有するように分岐され、前記二の先端部のうち一方が前記側面部にあって前記給電点よりも一方側に設けられている前記導体面に接続され且つ他方が前記側面部にあって前記給電点よりも他方側に設けられている前記導体面に接続されていることで双ループ形状又は双折返し形状に形成されていることを特徴とする車載アンテナ装置。
3. 請求項１に記載した車載アンテナ装置において、
   前記アンテナエレメントは、一の基端部と一の先端部とを有し、前記一の先端部が前記側面部にあって前記給電点よりも何れかの側に設けられている前記導体面に接続されていることでループ形状又は折返し形状に形成されていることを特徴とする車載アンテナ装置。
4. 請求項１に記載した車載アンテナ装置において、
   前記アンテナエレメントは、一の基端部と一の先端部とを有し、前記一の先端部が開放されていることでオープン形状に形成されていることを特徴とする車載アンテナ装置。
5. 請求項１乃至４の何れか１項に記載した車載アンテナ装置において、
   前記誘電体部材は、透過性を有する材料から構成されていることを特徴とする車載アンテナ装置。
6. 請求項１乃至５の何れか１項に記載した車載アンテナ装置において、
   前記導体面は、透過性を有するように構成されていることを特徴とする車載アンテナ装置。
7. 請求項１乃至６の何れか１項に記載した車載アンテナ装置において、
   前誘電体部材の前記側面部に設けられた導体面は、前記車両ボデーの天井部分に接地される第１導体面と、前記車両ボデーのピラー部分に接地される第２導体面とを有することを特徴とする車載アンテナ装置。

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