JP5536173B2

JP5536173B2 - 車載用アンテナシステム

Info

Publication number: JP5536173B2
Application number: JP2012234058A
Authority: JP
Inventors: 洋三石黒
Original assignee: Kojima Industries Corp
Current assignee: Kojima Industries Corp
Priority date: 2012-10-23
Filing date: 2012-10-23
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2027-11-14
Also published as: JP2013051718A

Description

本発明は、車載用アンテナシステムの構造に関する。

近年、アナログ方式のテレビ放送に代わり、映像や音声を０と１のデジタル信号に置き換えることにより、より高品質で、ゴーストや雑音のない映像と音声とを受信することができるデジタル方式のテレビ放送が開始されている。デジタル方式のテレビ放送は、静止衛星を使用した衛星放送でも行われているが、地上に立てたアンテナからテレビ電波を放射する地上波放送においても、このデジタル方式が採用されており、地上デジタルテレビ放送と呼ばれている。

この地上デジタルテレビ放送を、自動車のような車両に搭載されたテレビで受信して視聴する場合は、ポール状アンテナを車両の外部に設置することが考えられる。しかし、ポール状アンテナは車両の外部にアンテナが突出するために車両の見栄えが悪くなるという問題があった。

このため、地上デジタルテレビ放送用の極超短波（ＵＨＦ）を送受信するために、車両のフロントガラスなどの誘電体にアンテナエレメントを配置し、給電点を車体に近接させたループアンテナが提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、特許文献１には、複数のループアンテナを車両に搭載し、受信した信号の電圧の高いアンテナを選択してその出力をテレビに出力するように構成する技術が提案されている。

特開２００６−８０９９９号公報

ところで、特許文献１に記載されたループアンテナは、指向性が強いアンテナであることから、例えば、特許文献１の図１１のように車両のフロントガラスにアンテナを取付けた場合、電波を受信することができる範囲は車両の前方に限られてしまうという問題がある。特許文献１の図５に記載されているようにフロントガラスに２つのループアンテナを取付けても、車両前方の受信範囲は多少広がるものの、車両の左右方向からの電波を受信することができないという問題があった。また、地上デジタルテレビ放送に用いられる極超短波（ＵＨＦ）はＦＭ，ＡＭ放送などのように全方向の指向性が無く、指向性に偏りがあることから、アンテナの指向性が広い範囲をカバーしていない場合には、車両の位置によっては放送を受信できない場合があるという問題があった。

このため、地上デジタルテレビ放送用の極超短波（ＵＨＦ）を送受信するためのアンテナとして、例えば、図６に示すように、２つの板状ダイポールアンテナ１２０を車両１１０の後方に設けられたバンパ１３０の中の車体の角の部分に設けた車載用アンテナシステム１００が用いられている。図７、図８に示すように、各板状ダイポールアンテナ１２０はそれぞれ中央の給電点１２１から両側に向かって延びる平板エレメント１２２と、各平板エレメント１２２に平行に設けられた導体の副エレメント１２３を備えている。板状ダイポールアンテナ１２０は平板エレメント１２２に設けられた取り付けラグ１２５によって樹脂製のバンパ１３０の内面に取付けられている。各板状ダイポールアンテナ１２０はそれぞれ車両側面側に車両前後方向の中心線１４０に対して傾斜し、各平板エレメント１２２，１２３の面が車両前後方向及び車両左右方向に対する投影面を持つよう配置されている。

このように平板エレメント１２２、副エレメント１２３を車両前後方向の中心線１４０に対して斜めに配置することによって、各平板エレメント１２２，１２３によって車両の前後方向及び左右方向の電波を同時に捉えられるようにしている。そして、各板状ダイポールアンテナ１２０で受信した信号を合成し図９に示すような車載用アンテナシステム１００の指向特性を得ている。図９において、図中央の四角部分は車両と車両の両角に設けられた２つの板状ダイポールアンテナ１２０の配置を示したものであり、図中の同心円は利得を示し、外側に行くほど利得が大きくなるような座標となっている。また、図の左右方向の軸は車両の左右方向を示し、図９の上方向は車載用アンテナシステム１００が設けられている車両の後方を示し、図９の下方向は車両の前方を示す。図９に示すように、板状の２つのダイポールアンテナが車両の各角に設けられているので、車両の後方向に加え、車両の左右方向にも指向性を得ることができている。図９中の車両前方側は車両１１０に隠れてしまうため、アンテナの利得は低くなっている。

図６〜８に示すような車載用アンテナシステム１００は、車両１１０の意匠上の要求から、車両１１０の外部に出ないようにバンパ１３０またはエアスポイラ等の樹脂製の車両用外装品の内部に設けられていることが多い。ところが、このような車両外装品には、たとえば、歩行者衝撃吸収材、或いは各種ランプなどが取付けられるため、内部にもこれらの部品の取り付けスペースが必要となってくるので、良好なアンテナ特性が得られるような位置にアンテナを斜めに配置できない場合がある。

ところが、平板エレメント１２２、副エレメント１２３を斜めに取付けずに各エレメント１２２，１２３の面が同一方向となるように配置すると、各エレメント１２２，１２３の面に沿った方向の指向性が低くなってしまう。このため、各アンテナエレメント１２２，１２３の面が車両の左右方向となるように車両に配置すると、特許文献１に記載された従来技術と同様、車載用アンテナシステム１００の車両１１０の左右方向の指向性が低くなり、車両１１０の位置によっては、地上デジタルテレビ放送に用いられる極超短波（ＵＨＦ）のように指向性に偏りがある電波を受信できない場合があるという問題があった。

本発明は、車載用アンテナシステムにおいて、コンパクトな構成で指向性に偏りがある電波を効果的に送受信することを目的とする。

本発明は、中空体の車両用外装品の内部に並べて離間配置される複数の板状ダイポールアンテナを含む車載用アンテナシステムであって、各前記板状ダイポールアンテナは、給電点から一方に延びる平板エレメントと、折板エレメントであって、前記給電点から前記平板エレメントと反対方向に向かって沿って延びる給電点側平板と、前記給電点側平板から折れ曲がる先端側平板と、を含む折板エレメントとを備え、あるいは、各前記板状ダイポールアンテナは、給電点から一方に延びる給電点側平板と、前記給電点側平板から折れ曲がる先端側平板と、をそれぞれが含む複数の折板エレメントであって、各前記折板エレメントが含む前記給電点側平板が互いに異なる方向に伸びる複数の折板エレメントを備え、各前記板状ダイポールアンテナにおける、前記平板エレメントの平板面、および前記折板エレメントが含む前記給電点側平板の平板面が、略同一面で、かつ、略同一の直線方向に沿って延びるように配置され、あるいは、各前記板状ダイポールアンテナにおける、前記複数の折板エレメントのそれぞれが含む前記給電点側平板の平板面が、略同一面で、かつ、略同一の直線方向に沿って延びるように配置され、各前記板状ダイポールアンテナにおける、前記平板エレメントの平板面、および前記折板エレメントが含む前記給電点側平板の平板面が、車両の左右方向に対して垂直方向に面するように配置され、あるいは、各前記板状ダイポールアンテナにおける、前記複数の折板エレメントのそれぞれが含む前記給電点側平板の平板面が、車両の左右方向に対して垂直方向に面するように配置され、各前記板状ダイポールアンテナにおける、各前記折板エレメントが含む前記先端側平板の平板面が、車両の前後方向に対して垂直方向に面するように配置されること、を特徴とする。

本発明に係る車載用アンテナシステムは、望ましくは、各板状ダイポールアンテナは、各給電点にそれぞれ位相調整器が接続され、地上デジタルテレビ用周波数帯の電波を送受信するアンテナである。

本発明の関連技術に係る車載用アンテナシステムは、中空体の車両用外装品の内部に設けられ、複数の板状ダイポールアンテナを含む車載用アンテナシステムであって、各板状ダイポールアンテナは、給電点から一方に延びる平板エレメントと、給電点から平板エレメントと反対方向に向かって沿って延びる給電点側平板と給電点側平板から折れ曲がる先端側平板とを含む折板エレメント又は、給電点からそれぞれ反対方向に延びる給電点側平板と各給電点側平板から折れ曲がる各先端側平板とを含む複数の折板エレメントを備え、各板状ダイポールアンテナの各平板エレメントと各折板エレメントの各給電点側平板の各平板面又は、各板状ダイポールアンテナの複数の折板エレメントの各給電点側平板の各平板面が略同一方向となるように配置されたこと、を特徴とする。

本発明の車載用アンテナシステムにおいて、折板エレメントの折り曲げ角度は９０度以上であり、先端側平板の長さは折板エレメント全長の１／２以下であること、としても好適であるし、各板状ダイポールアンテナは、地上デジタルテレビ用周波数帯の電波を送受信するアンテナであること、としても好適である。

本発明は、車載用アンテナシステムにおいて、コンパクトな構成で指向性に偏りがある電波を効果的に送受信することができるという効果を奏する。

本発明の実施形態における車載用アンテナシステムを搭載した車両の斜視図である。本発明の実施形態における車載用アンテナシステムの構成を示す説明図である。本発明の実施形態における車載用アンテナシステムの板状ダイポールアンテナを示す斜視図である。本発明の実施形態における車載用アンテナシステムの指向性を示すグラフである。本発明の他の実施形態における車載用アンテナシステムの板状ダイポールアンテナを示す斜視図である。従来技術における車載用アンテナシステムを搭載した車両の斜視図である。従来技術における車載用アンテナシステムの構成を示す説明図である。従来技術における車載用アンテナシステムの板状ダイポールアンテナを示す説明図である。従来技術における車載用アンテナシステムの指向性を示すグラフである。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。図１に示すように、本実施形態の車載用アンテナシステム１０は、車両１１の後方に設けられた樹脂製のバンパ３０の中に設けられた２つの板状ダイポールアンテナ１２を備えている。図２に示すように、各板状ダイポールアンテナ１２はそれぞれ車両１１の前後方向の中心線４０と車両の左右の側面１１ａ，１１ｂとの間に設けられている。車載用アンテナシステム１０はＵＨＦ周波数帯のうち周波数範囲が４７０ＭＨｚから７７０ＭＨｚの地上デジタルテレビ放送用の電波を送受信するものである。

図３に示すように、板状ダイポールアンテナ１２は中央の給電点２１からそれぞれ反対方向に延びる給電点側平板２２と、給電点側平板２２から折れ曲がった先端側平板２４とを含む折板エレメント２５を給電点２１の両側に備えている。折板エレメント２５は薄い金属板によって構成されていてもよいし、誘電体の板の上に導電性フィルムを貼ったり導電性の塗装をしたりして構成されるようにしてもよい。折板エレメント２５の給電点２１からの折れ曲がり方向に沿った全長はＬ₀であり、先端側平板２４の長さＬ₂は折板エレメント２５の全長Ｌ₀の１／２の長さとなっている。この先端側平板２４の長さＬ₂は折板エレメント２５の全長Ｌ₀の１／２以下であれば１／２で無くともよく、例えば、全長の１／３などであってもよい。また、給電点側平板２２の長さＬ₁は折板エレメント２５の全長Ｌ₀の１／２となっている。折板エレメント２５の全長Ｌ₀は、４７０ＭＨｚから７７０ＭＨｚの周波数範囲の地上デジタルテレビ放送用の電波を送受信することができるよう、例えば、電気長が周波数５９０ＭＨｚの１／４波長となるように構成してもよい。また、折板エレメント２５の先端側平板２４の給電点側平板２２からの折れ曲がり角度は略９０度で、給電点側平板２２と先端側平板２４とは略直角となっている。この折り曲げ角度は９０度以上であってもよい。

図３に示すように、板状ダイポールアンテナ１２は各給電点側平板２２と同一面で、各給電点側平板２２に沿って延びる帯板状の副エレメント２３が設けられている。副エレメント２３は各折板エレメント２５の各給電点側平板２２と結合共振を起こし、板状ダイポールアンテナ１２の送受信可能な周波数帯域を広げるためのものである。副エレメント２３の長さは各折板エレメント２５の各給電点側平板２２の長さＬ₁の略２倍の長さとなっている。

図２に示すように、各板状ダイポールアンテナ１２は、各折板エレメント２５の給電点側平板２２に設けられた取り付けラグ２７によって、各折板エレメント２５の各給電点側平板２２の各平板面が略同一方向となるように樹脂製のバンパ３０の内側に取付けられている。本実施形態では、各給電点側平板２２の各平板面は車両１１の幅方向である左右方向に略平行で、車両１１の後端面１１ｃに沿うように配置されている。また、各折板エレメント２５の先端側平板２４は給電点側平板２２と略直角となっていることから、先端側平板２４の平板面は車両１１の後端面１１ｃと略垂直の方向となっており、車両の側面１１ａ，１１ｂに略平行となっている。本実施形態では、各先端側平板２４は折り曲げ方向が車両１１の側となるように取付けられているが、折り曲げ方向が車両１１と離れる方向に取付けてもよい。

２つの板状ダイポールアンテナ１２は車両１１の前後方向の中心線４０からそれぞれ距離Ｗの位置に配置されている。距離Ｗは各板状ダイポールアンテナ１２の間隔Ｄが互いに干渉しないような距離、例えば、Ｄが共振周波数における電波の波長の５／４（電気長の５／４の長さ）となる寸法となっている。本実施形態で、折板エレメント２５の長さＬ₀が共振周波数における電波の波長の１／４である場合、各給電点側平板２２の長さはそれぞれ共振周波数における電波の波長の１／８となるので、間隔Ｄを共振周波数における電波の波長の長さとする場合には、距離Ｗは１／８＋（５／４）／２＝３／４、すなわち共振周波数における電波の波長の３／４となる。

図２に示すように、各板状ダイポールアンテナ１２の各給電点２１にはそれぞれ位相調整器５０が接続されている。位相調整器５０は、たとえばＬＣ回路などで構成され、各板状ダイポールアンテナ１２への給電位相を変化させることができるものである。そして、例えば、各板状ダイポールアンテナ１２への給電位相を位相ずれが０度の同一位相とすると、２つの板状ダイポールアンテナ１２の合成された指向性、すなわち車載用アンテナシステム１０の指向性は車両の前後方向に強く、車両の左右方向に弱くなり、逆に、２つの板状ダイポールアンテナ１２への給電位相を１８０度ずらすと、合成された車載用アンテナシステム１０の指向性は左右方向に強く、車両の前後方向には弱くなる。位相調整器５０によって各板状ダイポールアンテナ１２の給電位相を調整することによって前後方向、及び左右方向の合成された指向性を所望の形状とすることができる。

以上説明したように構成された車載用アンテナシステム１０によって、周波数範囲が４７０ＭＨｚから７７０ＭＨｚの地上デジタルテレビ放送用の電波の送受信を行う場合について説明する。

地上デジタルテレビ放送用の電波が、車両の前後方向に向かって送信されている場合には、その平板面が車両１１の前後方向にほぼ垂直となっている折板エレメント２５の各給電点側平板２２が電波を受け、折板エレメント２５が共振して電波を受信する。また、地上デジタルテレビ放送用の電波が、車両の左右方向に向かって送信されている場合には、その平板面が車両１１の左右の側面１１ａ，１１ｂに沿った方向に略垂直となっている各折板エレメント２５の各先端側平板２４が電波を受け、折板エレメント２５が共振して電波を受信する。また、車両の前後方向の中心線４０から９０度以内で傾いた方向から電波が送信されている場合には、各給電点側平板２２及び先端側平板２４がそれぞれ電波を受けて折板エレメント２５が共振して電波を受信する。また、副エレメント２３は折板エレメント２５が共振する際に結合共振を起こすので、車載用アンテナシステム１０の受信可能周波数帯域が広がり、４７０ＭＨｚから７７０ＭＨｚの周波数帯において必要な利得を得ることができる。

図４に車載用アンテナシステム１０の周波数５９０ＭＨｚにおける水平面内の指向性を示す。図４において、図中央の四角部分は車両と車両の後方に設けられた各板状ダイポールアンテナ１２の各折板エレメント２５の配置を示したものであり、図中の同心円は利得を示し、外側に行くほど利得が大きくなるような座標となっている。また、図の左右方向の軸は車両の左右方向を示し、図の上方向は車載用アンテナシステム１０が設けられている車両の後方を示し、図の下方向は車両の前方を示す。図４に示すように、各板状ダイポールアンテナ１２は、車両１１の前後方向に対して平面が略垂直となるように配置された給電点側平板２２と車両１１の左右方向に対して平面が略垂直となるように配置された先端側平板２４とを備えていること、及び、位相調整器５０によって各板状ダイポールアンテナ１２の給電点２１への給電位相を調整しているので、車両１１の前後方向、左右方向とも略同等の利得を得ることができ、地上デジタルテレビ放送用の電波のように指向性に偏りのある電波を効果的に送受信することができる。なお、図中の車両前方側の指向性が低くなっているのは、車両１１が車載用アンテナシステム１０の遮蔽となってしまうためである。車両前方方向については、例えば、車両前方にもう１つ車載用アンテナシステム１０を設けることによって必要な利得を得ることができる。

また、本実施形態の車載用アンテナシステム１０は、各板状ダイポールアンテナ１２の各折板エレメント２５の各給電点側平板２２の各平板面が略同一方向となるように配置しても、図４に示すように、先に図９に示した従来技術の車載用アンテナシステム１００の指向性と略同等の指向性を得ることができるので、図６から図９に示した従来技術の車載用アンテナシステムのように、各板状ダイポールアンテナ１２を車両の角部に斜め方向に向けて設ける必要がなく、コンパクトな配置とすることができ、小さな車両外装品の内部にも設置することができるという効果を奏する。

以上述べたように、本実施形態の車載用アンテナシステム１０は、コンパクトな構成で地上デジタルテレビ放送用の電波のように指向性に偏りのある電波を効果的に送受信することができるという効果を奏する。

本実施形態の車載用アンテナシステム１０では、板状ダイポールアンテナの先端側平板２４の長さは折板エレメント２５全体の１／２として説明したが、必要とされる指向性によって、その折曲げ長さを変化させてもかまわない。また、指向性に合わせて各板状ダイポールアンテナ１２の設置間隔を変化させてもかまわない。また、本実施形態の車載用アンテナシステム１０では、車両１１の後部に取付けられたバンパ３０の内部で車両の前後方向の中心線４０の左右にそれぞれ板状ダイポールアンテナ１２を配置したものとして説明したが、本実施形態が取付けられる車両用外装品はバンパ３０に限られず、樹脂製の中空品であればエアスポイラ等他の外装品であってもかまわない。また、車両用外装品の内部に収納される板状ダイポールアンテナは２つに限らず、それ以上の数としてもよい。

以下、図５を参照しながら本発明の他の実施形態について説明する。先に説明した実施形態と同様の部分には同様の符号を付して説明は省略する。

本実施形態の車載用アンテナシステム１０は、図５に示すように、板状ダイポールアンテナ１２を、給電点２１から一方に延びる平板エレメント２６と、給電点２１から平板エレメント２６と反対方向に向かって沿って延びる給電点側平板２２と給電点側平板２２から折れ曲がる先端側平板２４と、を含む折板エレメント２５によって構成したもので、平板エレメント２６と折板エレメント２５の給電点側平板２２の平板面は略同一方向となるように構成されている。平板エレメント２６の給電点２１からの長さは、例えば、共振周波数における電波の波長１／４とすることができる。そして、この板状ダイポールアンテナ１２の先端側平板２４がそれぞれ図２に示す車両１１の各側面１１ａ，１１ｂ側となるように、先に説明した実施形態と同様に配置される。各板状ダイポールアンテナ１２の各平板エレメント２６の間隔は先の実施形態と同様、Ｄが共振周波数における電波の波長５／４となるように配置し、それに伴って各板状ダイポールアンテナ１２の給電点２１の中心線４０からの距離Ｗは先に図２で説明した実施形態よりも少し長くする。例えば、各平板エレメント２６の間隔Ｄを共振周波数における電波の波長の５／４とする場合、距離Ｗは１／４＋（５／４）／２＝７／８なる。すなわち共振周波数における電波の波長の７／８となる。

本実施形態は、先に図１から図４を参照して説明した実施形態と同様の効果を奏する。

１０，１００車載用アンテナシステム、１１，１１０車両、１１ａ，１１ｂ側面、１１ｃ後端面、１２，１２０板状ダイポールアンテナ、２１，１２１給電点、２２給電点側平板、２３，１２３副エレメント、２４先端側平板、２５折板エレメント、２６，１２２平板エレメント、２７，１２５取り付けラグ、３０，１３０バンパ、４０，１４０中心線、５０位相調整器、Ｄ間隔、Ｗ距離。

Claims

中空体の車両用外装品の内部に並べて離間配置される複数の板状ダイポールアンテナを含む車載用アンテナシステムであって、
各前記板状ダイポールアンテナは、
給電点から一方に延びる平板エレメントと、折板エレメントであって、前記給電点から前記平板エレメントと反対方向に向かって沿って延びる給電点側平板と、前記給電点側平板から折れ曲がる先端側平板と、を含む折板エレメントとを備え、あるいは、
各前記板状ダイポールアンテナは、
給電点から一方に延びる給電点側平板と、前記給電点側平板から折れ曲がる先端側平板と、をそれぞれが含む複数の折板エレメントであって、各前記折板エレメントが含む前記給電点側平板が互いに異なる方向に伸びる複数の折板エレメントを備え、
各前記板状ダイポールアンテナにおける、前記平板エレメントの平板面、および前記折板エレメントが含む前記給電点側平板の平板面が、略同一面で、かつ、略同一の直線方向に沿って延びるように配置され、あるいは、
各前記板状ダイポールアンテナにおける、前記複数の折板エレメントのそれぞれが含む前記給電点側平板の平板面が、略同一面で、かつ、略同一の直線方向に沿って延びるように配置され、
各前記板状ダイポールアンテナにおける、前記平板エレメントの平板面、および前記折板エレメントが含む前記給電点側平板の平板面が、車両の左右方向に対して垂直方向に面するように配置され、あるいは、
各前記板状ダイポールアンテナにおける、前記複数の折板エレメントのそれぞれが含む前記給電点側平板の平板面が、車両の左右方向に対して垂直方向に面するように配置され、
各前記板状ダイポールアンテナにおける、各前記折板エレメントが含む前記先端側平板の平板面が、車両の前後方向に対して垂直方向に面するように配置されること、
を特徴とする車載用アンテナシステム。