JP6330811B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車用ガラスアンテナに関する。

７００ＭＨｚ帯の電波を利用した高度道路交通システム（Intelligent Transport System：ＩＴＳ）の一つとして検討されている車車間通信では、地表面に対して垂直な方向に偏波した垂直偏波が用いられている。車車間通信の送受信を効率良く行うためには、垂直偏波に対して高い受信感度を有し、かつ車両正面方向に対する利得を高める必要がある。

このような特性を示すアンテナは、例えば特許文献１に提案されている。特許文献１では、中央部に給電点を有する第１主線路と、第１の主線路と異なる設置位置に設けられる第２主線路と、二つの主線路の端部を繋ぐ二つの接続線で構成されるループ形状で、接続線路上にリアクタンス素子を有するアンテナが提案されている。

特開２００９−１０００５３号公報

しかしながら、特許文献１のアンテナでは、垂直偏波で高い送受信性能を得るための構成上、給電点を垂直偏波の送受信を担う主線路の中央部に設けなければならない。すなわち、アンテナを自動車用フロントガラスに配置した場合、給電点を自動車のピラーに近接して配置させるピラー給電が必須となる。そのため、車体の設計上、給電点を自動車のルーフ側に配置させるルーフ給電が必要な場合には採用できないなど設計の自由度に制限があった。また、垂直偏波を送受信するには、垂直方向に延伸した導体が好適であり、ルーフのように水平方向に延伸した導体の近くで給電する構成は、垂直偏波の送受信には不利である。

そこで本発明は、垂直偏波に対して高い受信感度を有し、車両正面方向に対する指向性が大きく、かつルーフ給電を可能とするアンテナ装置を提供する。

上記目的を達成するため、本発明の一観点によれば、窓ガラスに設けられたアンテナ導体と、前記アンテナ導体に設けられ互いに近接して配置される第１の給電部と第２の給電部とを有する給電点と、補助導体とを備えたアンテナ装置において、前記補助導体は、水平方向に直線状に設けられた水平導体と、前記水平導体と電気的に結合し垂直方向に直線状に設けられた垂直導体とを有し、前記アンテナ導体は、前記水平導体と前記垂直導体との結合部近傍に配設され、かつ一端が前記第１の給電部に接続される第１のエレメントと、一端が前記第２の給電部に接続される第２のエレメントとを有し、前記給電点は、前記アンテナ導体の前記水平導体に沿う部位に位置し、前記第１のエレメントと前記第２のエレメントとは、前記第１のエレメントの他端と前記第２のエレメントの他端とが近接されてループ形状の一部に切り欠き部を形成させるように半ループエレメントを構成し、前記半ループエレメントのうち、水平方向に延伸する第１の部分エレメントが前記水平導体の近傍に配置されるとともに、垂直方向に延伸する第２の部分エレメントが前記垂直導体の近傍に配置され、前記切り欠き部は、前記半ループエレメントで囲まれる領域の中心点を通る水平線に対して前記水平導体とは反対側かつ前記中心点を通る垂直線に対して前記垂直導体とは反対側に設けられ、前記第１のエレメントの長さは、所定の周波数帯の中心周波数における空気中の波長をλ_０とし、窓ガラスの波長短縮率をｋとし、前記窓ガラス上での波長をλ_ｇ＝λ_０・ｋとして、０．２λ_ｇ以上０．３５λ_ｇ以下であるアンテナ装置が提供される。

本発明によれば、垂直偏波に対して高い受信感度を有し、車両正面方向に対する指向性が大きく、かつルーフ給電を可能とするアンテナ装置を提供する。

ルーフ１０６を水平導体、ピラー１０５を垂直導体とした場合の、本発明の第１の実施形態のアンテナ１０１の実装位置を示した平面図である。 ルーフ１０６を水平導体、導電体１０８ｖを垂直導体とした場合の、本発明の第１の実施形態のアンテナ１０１の実装位置を示した平面図である。 導電体１０８ｈを水平導体、導電体１０８ｖを垂直導体とした場合の、本発明の第１の実施形態のアンテナ１０１の実装位置を示した平面図である。 ルーフ１０６を水平導体、ピラー１０５と導電体１１０を垂直導体とした場合の、本発明の第１の実施形態のアンテナ１０１の実装位置を示した平面図である。 本発明の第１の実施形態のガラスアンテナの平面図である。 本発明の第２の実施形態のガラスアンテナの平面図である。 本発明の第２の実施形態のガラスアンテナの変形例を示す平面図である。 本発明の第２の実施形態のガラスアンテナの変形例を示す平面図である。 本発明の第３の実施形態のガラスアンテナの平面図である。 ループエレメントでの電流の流れと電界の放射方向を示した模式図である。 半ループエレメントでの電流の流れと電界の放射方向を示した模式図である。 ループエレメントと半ループエレメントの指向性についての実測データである。 オーバーラップ部８０３を有した半ループエレメントを形成するガラスアンテナの平面図である。 オーバーラップ部８０３が指向性に与える影響についての実測データである。 交差点付近を上方から見た解析モデル図である。 切り欠き部２０５を設ける角度と受信率との関係を示した図である。 ケース１で第１のエレメントの長さと受信利得の関係を示した図である。 ケース２で第１のエレメントの長さと受信利得の関係を示した図である。 ケース３で第１のエレメントの長さと受信利得の関係を示した図である。 ピラー１０５からの距離と受信率との関係を示した図である。 ルーフ１０６からの距離と受信率との関係を示した図である。 半ループエレメントのアスペクト比と受信率との関係を示した図である。 半ループエレメントの周長と受信率との関係を示した図である。 アンテナ導体１０１，３０１ｂ，３０１ｃを同一の条件で測定した場合のループ形成エレメント３０４及びオーバーラップ形成エレメント３０５と受信率との関係を示した図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、実施形態を説明するための図面において、線の平行、直角、角部の曲率などは、本発明の効果を損なわない程度のズレを許容するものである。また、それらの図面は、後述する自動車用窓ガラス１０２が車両に取り付けられた状態での車内視の図であるが、車外視の図として参照しても良い。また、図面上での左右方向が車幅方向に相当し、水平方向と称し、図面の上下方向が車高方向に相当し、垂直方向と称する。なお、以下の説明では、図内左下に矢印で座標を定義しており、必要があればこの座標を用いて説明する。

（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態によるアンテナ装置の平面図を示している。図１において、自動車用窓ガラス１０２は、車体に取り付けられた状態の車内視である。自動車用窓ガラス１０２は、車体の窓開口部を形成する金属フランジ１０３に設置される。また、自動車用窓ガラス１０２は、自動車用窓ガラスの外縁１０２ａから所定の幅の領域にかけて、車体の金属フランジ１０３との接着部分を隠すために、接着剤劣化防止の点及び美観の点から黒色遮蔽膜１０４を設けている。図１においては黒色遮蔽膜１０４を設けた例を示すが、不要であれば設けなくても良い。

本実施形態のアンテナ装置は、自動車用窓ガラス１０２に設けられたアンテナ導体１０１と、アンテナ導体に設けられ互いに近接して配置される第１の給電部と第２の給電部とを有する給電点と、補助導体とを備えている。

補助導体は、水平方向に直線状に設けられた水平導体と、水平導体と電気的に結合し垂直方向に直線状に設けられた垂直導体とで構成される。水平導体と垂直導体とでＴ字状またはＬ字状または十字状を形成する。給電点及び補助導体については、図２以降とともにより詳細に説明する。

アンテナ導体１０１は、水平導体と垂直導体との結合部近傍に設けられる。給電点は、アンテナ導体の水平導体に沿う部位に位置する。結合部近傍とは、水平導体と垂直導体とが平面視で重なる部分である結合部の近傍である。アンテナ導体１０１の中で水平導体に最も近い部分と水平導体との距離ａ（以後、「水平導体からの距離ａ」と表記する）は、所定の周波数帯の中心周波数における空気中の波長をλ_０とし、自動車用窓ガラス１０２の波長短縮率をｋとし、自動車用窓ガラス１０２上での波長をλ_ｇ＝λ_０・ｋとした場合に０．２７λ_ｇ以下であることが望ましい。

例えば、所望の周波数として車車間通信を設定した場合、その中心周波数は７６０ＭＨｚである。したがって、車車間通信のアンテナ利得を向上させたい場合、電波の速さを３．０×１０^８ｍ／ｓとし、波長短縮率ｋを０．６４とすると、水平導体からの距離ａは７０ｍｍ以内が望ましい。

また、アンテナ導体１０１の中で垂直導体に最も近い部分と垂直導体との距離ｂ（以後、「垂直導体からの距離ｂ」と表記する）は０．１９λ_ｇ以下であることが垂直偏波の受信感度向上の点から望ましい。例えば、中心周波数が７６０ＭＨｚであるＩＴＳを想定した場合、垂直導体からの距離ｂは５０ｍｍ以内が望ましい。

以下、図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、及び図１Ｄにおいて、アンテナ導体１０１と水平導体、垂直導体の位置関係の実施例を示す。なお、本配置位置は、後述するアンテナ３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ、４０１の配置位置にも同様に適用できるものとする。なお、本実施形態でいう水平導体は、本実施形態の効果を損なわない程度に水平のズレを許容するものであり、特に窓ガラスが設置される車体の窓開口部のルーフ側フランジの形状に沿って曲率を有していても良い。また、本実施形態でいう垂直導体は、本実施形態の効果を損なわない程度に垂直のズレを許容するものであり、特に窓ガラスが設置される車体の窓開口部のピラー側フランジの形状に沿って斜め方向に設けられていても良い。

図１Ａでは、アンテナ導体１０１は、車両の金属フランジ１０３の上辺側を構成するルーフ側フランジ１０６と側辺側を構成するピラー側フランジ１０５とが所定角度で結合する結合部１０９ａ付近に配置される。以後図中の金属フランジ１０３の側辺をピラー１０５、上辺をルーフ１０６と称する。図１Ａの実施形態においては、ルーフ１０６は水平導体に、ピラー１０５は垂直導体にそれぞれ相当する。ピラー１０５が垂直よりも大きい所定の角度で設けられている場合、アンテナ導体１０１の垂直導体からの距離ｂは、アンテナ導体１０１の右上端部からピラーまでの距離となる。

図１Ｂでは、図１Ａのアンテナ導体１０１がＸ方向に鏡映された（Ｙ方向を軸とした線対称の）パターンのアンテナ導体（以後、「アンテナ導体１０１ｂ」と表記する）が、ルーフ１０６と自動車用窓ガラス１０２の重心を通る上下方向のセンターライン１０７上に設けられた導電体１０８ｖとの結合部１０９ｂの近傍に配置されている。ここでルーフ１０６は水平導体に、導電体１０８ｖは垂直導体にそれぞれ相当する。

導電体１０８ｖは、第１のガラス板と第２のガラス板とが中間膜を介して貼り合わされた合わせガラスである場合、合わせガラスの中間膜に設けられる構成でも良く、二枚のガラス板のいずれの表面に設けられる構成でも良い。中間膜に設けられる構成とは、合わせガラスの中間膜自体に導電体１０８ｖが設けられた構成でも良く、中間膜とは別体である導電体１０８ｖを二枚のガラス板の間に挟み込む構成でも良い。またガラス板の表面とは、合わせガラスの二枚のガラス板それぞれの内外面のいずれでも良い。導電体１０８ｖは特に、透明導電膜であると好ましい。

また、結合部１０９ｂにおいて、ルーフ１０６と導電体１０８ｖは電気的に結合している。電気的に結合しているとは、交流的な結合と直流的な結合のいずれであっても良いが、特に直流的に結合していることが好ましい。交流的な結合とは、例えば結合部１０９ｂにおいて、ルーフ１０６と導電体１０８ｖが自動車用窓ガラス１０２の厚み方向あるいは同一面上で絶縁物を介して容量結合している状態を指す。厚み方向で容量結合する場合は、ルーフ１０６と導電体１０８ｖは、図１Ｂのように結合部１０９ｂにおいて重なり合っていても良く、同一面上で容量結合する場合は、ルーフ１０６と導電体１０８ｖは結合部１０９ｂにおいて離間していても良い。

導電体１０８ｖのＹ方向の長さは、送受に用いる電波の波長と比べて長いことが望ましく、自動車用窓ガラス１０２の上端から下端までの全長にわたって設けなくても良い。また、導電体１０８ｖのＸ方向の長さは、垂直偏波が得られる電流容量が得られる範囲であれば特に限られないが、送受に用いる電波の波長と比べて短いことが望ましい。

図１Ｃは、図１Ｂの構成に加え、水平方向に導電体１０８ｈを配置した例である。アンテナ導体１０１ｂは、導電体１０８ｈと導電体１０８ｖとの結合部１０９ｃの近傍に配置される。ここで、導電体１０８ｈは水平導体に、導電体１０８ｖは垂直導体にそれぞれ相当する。導電体１０８ｈと導電体１０８ｖとは、第１のガラス板と第２のガラス板とが中間膜を介して貼り合わされた合わせガラスである場合、合わせガラスの中間膜に設けられる構成でも良く、二枚のガラス板のいずれの表面上に設けられる構成でも良い。導電体１０８ｈと導電体１０８ｖとは、特に、透明導電膜であると好ましい。また、導電体１０８ｈと導電体１０８ｖが同じ構成を取る必要はなく、どちらか一方が中間膜に設けられ、どちらか一方はガラス面上に設けられても良い。

結合部１０９ｃにおいて、導電体１０８ｈと導電体１０８ｖは電気的に結合している。電気的に結合しているとは、交流的な結合と直流的な結合のいずれであっても良いが、特に直流的に結合していることが好ましい。交流的な結合とは、例えば結合部１０９ｃにおいて、導電体１０８ｈと導電体１０８ｖが自動車用窓ガラス１０２の厚み方向あるいは同一面上で絶縁物を介して容量結合している状態を指す。厚み方向で容量結合する場合は、導電体１０８ｈと導電体１０８ｖは結合部１０９ｃにおいて重なり合っていても良く、同一面上で容量結合する場合は、導電体１０８ｈと導電体１０８ｖは結合部１０９ｂにおいて離間していても良い。

また、図１Ｃでは導電体１０８ｖと導電体１０８ｈが結合してＴ字状を構成しているが、本構成に限定されない。例えば、導電体１０８ｖと導電体１０８ｈの結合は、Ｌ字状、または十字状の構成としても良い。また、本実施形態のようにルーフ１０６以外の導電体を水平導体とみなす場合、導電体１０８ｈはルーフ１０６と電気的に結合していることがアンテナ利得を向上させる点で好ましい。導電体１０８ｈとルーフ１０６とが電気的に結合している位置関係にあることで、アンテナ導体１０１に対してルーフ給電が可能となる。

また、図１Ｄは、ピラー１０５よりも内側のガラス面上に導電体１１０を配置した例である。アンテナ導体１０１は、ルーフ１０６とピラー１０５との結合部１０９ｄの近傍に配置される。ここで、ルーフ１０６は水平導体に相当し、ピラー１０５と導電体１１０とは電気的に結合しているため、両者を一体として垂直導体とみなせる。導電体１１０は、第１のガラス板と第２のガラス板とが中間膜を介して貼り合わされた合わせガラスである場合、合わせガラスの中間膜に設けられる構成でも良く、二枚のガラス板の表面上に設けられる構成でも良い。導電体１１０は、透明導電膜であっても良いし、銅箔などの金属箔や導電ペーストの焼成体で形成された除雪用ないし曇り止め用のヒータ線やバスバーなどであっても良い。

また、図１Ｄに示すとおり、ルーフ１０６とピラー１０５が電気的に結合しており、かつ導電体１１０がピラー１０５と十分に容量結合している場合には、導電体１１０はルーフ１０６と間接的に電気的に結合することとなる。したがって、導電体１１０がルーフ１０６と直接的に電気的に結合していなくとも、導電体１１０は垂直導体の一部とみなせる。導電体１１０のＹ方向の長さは、送受に用いる電波の波長と比べて長いことが望ましい。また、導電体１１０のＸ方向の長さは、垂直偏波が得られる範囲であれば特に限られないが、送受に用いる電波の波長と比べて短いことが望ましい。

また、本実施形態ではアンテナ導体１０１は自動車用窓ガラス１０２の面内右上に設けられているが、本実施形態に限られない。自動車用窓ガラス１０２の重心を通る上下方向のセンターライン１０７を対象軸とした位置にアンテナ導体１０１ｂを設けても良い。

このように、アンテナ導体を水平方向に直線状に設けられた水平導体と、水平導体と電気的に結合し垂直方向に直線状に設けられた垂直導体との結合部近傍に設けることで、垂直偏波の到来によって垂直導体に生じる電流と、その垂直導体から水平導体に伝わる電流の両者から、垂直偏波を効率的に送受信することができる。

図２は、図１Ａにおいてアンテナ導体１０１を補助導体であるルーフ１０６（水平導体）と側辺側を構成するピラー１０５（垂直導体）とが所定角度で結合する結合部１０９ａ付近に配置した場合のアンテナ装置を拡大した平面図を示している。図２では、図面が煩雑になることを避けるため、黒色遮蔽膜１０４の図示を省略している。また、ピラー１０５とルーフ１０６は垂直に交わるものとする。

図２に示すように、アンテナ導体１０１は、アンテナ導体の給電点（以下、給電点と表記する）と、第１のエレメント２０１と、第２のエレメント２０２とを備え、給電点は、第１の給電部２０３と、第２の給電部２０４を備える。

第１のエレメント２０１は、一端が第１の給電部２０３に接続され、図２中下方へ延伸する部分エレメント２０１ａと、部分エレメント２０１ａの終端部を起点に右方向に延伸する部分エレメント２０１ｂとを備える。部分エレメント２０１ｂは、第１のエレメント２０１の延伸の終端Ａまで延伸する。終端Ａが部分エレメント２０１ａの途中に設けられる場合は、部分エレメント２０１ｂは形成されなくても良い。

ところで、本実施形態において第１のエレメント２０１の長さは、所定の周波数帯の中心周波数における空気中の波長をλ_０とし、自動車用窓ガラス１０２の波長短縮率をｋとし、自動車用窓ガラス１０２上での波長をλ_ｇ＝λ_０・ｋとした場合に０．２λ_ｇ以上０．３５λ_ｇ以下の範囲である。

例えば、所望の周波数として車車間通信を設定した場合、その中心周波数は７６０ＭＨｚである。したがって、車車間通信のアンテナ利得を向上させたい場合、電波の速さを３．０×１０^８ｍ／ｓとし、波長短縮率ｋを０．６４とすると、第１のエレメント２０１の長さを５０ｍｍ以上８９ｍｍ以下とすることが望ましい。

第２のエレメント２０２は、一端が第２の給電部２０４に接続され、図２中右方向に延伸する部分エレメント２０２ａと、部分エレメント２０２ａの終端部を起点として下方に延伸する部分エレメント２０２ｂと、部分エレメント２０２ｂの終端部を起点として左方向に延伸する部分エレメント２０２ｃとを備える。部分エレメント２０２ｃは、第２のエレメント２０２の延伸の終端Ｂまで延伸する。

給電点は、アンテナ導体１０１のルーフ１０６に沿う部位、すなわち、アンテナ導体１０１のうちルーフ１０６に近い側のルーフ１０６に沿ったエレメントに位置し、図２においては、部分エレメント２０２ａを含むルーフ１０６に沿った延長線上に設けられる。また、第２の給電部２０４は、第１の給電部２０３よりもピラー１０５側に配置される。

第１のエレメント２０１と第２のエレメント２０２とは、第１のエレメント２０１の他端である終端Ａと第２のエレメント２０２の他端であると終端Ｂが近接されて配置されることにより、終端Ａと終端Ｂとの間に切り欠き部２０５を形成される。したがって、アンテナ導体１０１の全体形状は、ループ形状の一部に切り欠き部２０５を有する半ループ形状となる。以後、第１のエレメント２０１と第２のエレメント２０２を一つのエレメントとみなして言及する場合は、「半ループエレメント」と表現する。

なお、部分エレメント２０１ａが半ループエレメントの左辺部を形成し、部分エレメント２０１ｂが半ループエレメントの下辺部の一部を形成する。また、部分エレメント２０２ａが半ループエレメントの上辺部を形成してルーフ１０６に沿って延伸し、部分エレメント２０２ｂが半ループエレメントの右辺部を形成してピラー１０５に沿って延伸し、部分エレメント２０２ｃが半ループエレメントの下辺部の一部を形成する。

また、本実施形態では、第１のエレメント２０１の終端Ａと第２のエレメント２０２の終端Ｂとが同一のＹ座標上に存在するが、本実施形態に限定されない。すなわち、終端Ａと終端Ｂが異なるＹ座標に存在し、アンテナ導体１０１は、全体形状として段差を有する半ループエレメントを形成しても良い。また、部分エレメント２０１ｂと部分エレメント２０２ｃとがＹ方向に離間して、重なっていても良い（以後、エレメント同士が重なることを「オーバーラップする」と表現する）。

また、部分エレメント２０２ａと部分エレメント２０２ｂの接合部は、金属フランジ１０３のコーナー部の形状が円弧状である場合、その形状に合わせて円弧状としても良い。

また、本実施形態ではアンテナ導体１０１の全体形状が長方形の半ループエレメントを形成しているが、この形態に限定されない。すなわち、半ループエレメントは、平行四辺形、台形、正方形、円形、多角形、または扇形であっても良い。特に、部分エレメント２０１ａと部分エレメント２０２ｂはピラー１０５と平行または略平行に形成され、部分エレメント２０１ｂと部分エレメント２０２ｃはルーフ１０６と平行または略平行に形成されていても良い。

切り欠き部２０５は、第１のエレメント２０１の終端Ａと第２のエレメント２０２の終端Ｂとを離間させ、第１のエレメント２０１と第２のエレメント２０２とが実施的に電気的に結合しないように構成される。実質的に電気的に結合しないとは、直流的に結合しないだけでなく、アンテナ導体１０１の動作周波数で交流的にも結合しないことを意味する。例えば、後述する図８のように半ループエレメントが切り欠き部２０５において部分エレメント２０１ｂと部分エレメント２０２ｃとがＹ方向に離間してオーバーラップするように形成されていたとしても、そのオーバーラップ部の長さｇが、第１のエレメント２０１と第２のエレメント２０２が高周波的に導通するために十分な長さではない場合、実質的に電気的に結合していないこととなる。本実施形態においては、オーバーラップ部の長さは０．０６λ_ｇ以下が望ましく、さらに好ましくは０．０４λ_ｇ以下が望ましい。例えば、中心周波数が７６０ＭＨｚであるＩＴＳを想定した場合、オーバーラップ部の長さは１５ｍｍ未満が望ましく、さらに好ましくは１０ｍｍ未満が望ましい。

切り欠き部２０５は、半ループエレメントで囲まれる領域の中心点ｅを通る水平線に対してルーフ１０６とは反対側かつ中心点を通る垂直線に対してピラー１０５とは反対側に設けられる。さらに、切り欠き部２０５は、中心点ｅと切り欠き部２０５の中間点ｆを結ぶ直線と、Ｘ軸と平行な水平線とがなす角度（以後、「切り欠き部２０５が設けられる角度」と表記する）が２０°以上７５°以下の範囲に位置するように設けられることが好ましく、３０°以上６５°以下の範囲に設けられることがより好ましい。さらに、切り欠き部２０５が設けられる角度は、３５°以上６０°以下の範囲に設けられることがなお好ましい。半ループエレメントで囲まれる領域の中心点ｅとは、半ループエレメントの切り欠き部２０５がないとみなした場合のループ形状の重心を指す。また、切り欠き部２０５の中間点ｆとは、第１のエレメント２０１の終端Ａと第２のエレメント２０２の終端Ｂとを結んだ直線の中点を指す。

本実施形態では、切り欠き部２０５は半ループエレメントの下辺に設けられているが、これに限られない。すなわち、切り欠き部２０５が設けられる角度及び半ループエレメントのアスペクト比（半ループエレメントの高さを幅で除した値）によっては、切り欠き部２０５は半ループエレメントの左下頂点を含む位置に、もしくは半ループエレメントの左辺に設けられても良い。これについては後述する第３の実施形態とともに詳細に説明する。

また、切り欠き部２０５の長さは、第１のエレメント２０１と第２のエレメント２０２が直接結合しなければ特に限られないが、０．１ｍｍ〜５ｍｍであることが好ましい。切り欠き部２０５の長さとは、切り欠き部において第１のエレメント２０１と第２のエレメント２０２とが最も近接している部分の間隔のことを指し、図２においては、第１のエレメント２０１の終端Ａと第２のエレメント２０２の終端Ｂとを結んだ直線の長さに相当する。

第１の給電部２０３と第２の給電部２０４は、アンプ等の不図示の信号処理回路に所定の導電性部材を介して電気的にアンテナ導体１０１を接続するための部位である。導電性部材として、例えば、同軸ケーブルなどの給電線が用いられる。同軸ケーブルを用いる場合には、同軸ケーブルの内部導体を第１の給電部２０３と第２の給電部２０４の一方に電気的に接続し、同軸ケーブルの外部導体を他方に接続すれば良い。また、アンプ等の信号処理回路を給電点に電気的に接続するためのコネクタを、給電点に実装する構成を採用しても良い。このようなコネクタによって、同軸ケーブルを給電点に取り付けることが容易になる。また、給電点に突起状の導電性部材を設置し、自動車用窓ガラス１０２が取り付けられる車体の金属フランジ１０３に設けられた接続部にその突起状の導電性部材が接触、及び／または嵌合するような構成としても良い。また、給電点は、黒色遮蔽膜１０４からなる周縁領域に一部分もしくは全体が設けられても良い。

第１の給電部２０３及び第２の給電部２０４は、互いに近接して配置される。ここで、第１の給電部２０３は、図２中アンテナ導体１０１の左上角部付近に設けられる。前述の通り、第１のエレメント２０１の長さと、切り欠き部２０５が設けられる角度がある範囲に定まるため、両者によって第１の給電部２０３の位置も必然的に決定する。これについては後述する第２の実施形態とともに詳細に説明する。

また、半ループエレメントの垂直方向の高さをｃ、半ループエレメントの水平方向の幅をｄとした場合、半ループエレメントの高さｃを幅ｄで除したアスペクト比（ｃ／ｄ）は、０．３以上であれば十分な受信率を得ることができる。アスペクト比が０．３より小さくなると、半ループエレメントの下辺と第１の給電部２０３または第２の給電部２０４もしくはその両者と近接するため、容量結合して給電点からの影響を受ける可能性があり、好ましくない。

また、半ループエレメントの周長は、給電点の第１の給電部２０３と第２の給電部２０４との間の間隙と切り欠き部２０５とを有さない元のループ形状とみなした場合に１．０５λ_ｇ〜１．５λ_ｇの長さとすることが送受信性能向上の点から望ましい。以後、「半ループエレメントの周長」と表現した場合は、給電点の第１の給電部２０３と第２の給電部２０４との間の間隙と切り欠き部２０５を有さないループ形状とみなした場合の外周の長さを表す。

このようなアンテナ装置とすることで、垂直偏波の車両正面方向に対する利得が高く、かつルーフ給電が可能となり、給電位置の設計自由度が高くなる。

なお、アンテナ導体、給電点及び導電体は、銀ペースト等の、導電性金属を含有するペーストを、例えば自動車用窓ガラス１０２の車内側表面にプリントし、焼付けて形成される。しかし、この形成方法に限定されず、銅等の導電性物質からなる、線状体または箔状体を、自動車用窓ガラス１０２の車外側表面に形成しても良く、自動車用窓ガラス１０２に接着剤等により貼付しても良く、自動車用窓ガラス１０２自身の内部に設けても良い。また、アンテナ導体からなる導体層を合成樹脂製フィルムの内部またはその表面に設け、導体層付き合成樹脂製フィルムを自動車用窓ガラス１０２の車内側表面または車外側表面に形成してアンテナ導体としても良い。さらに、アンテナ導体が形成されたフレキシブル回路基板を自動車用窓ガラス１０２の車内側表面に設置してアンテナ導体としても良い。

給電点の形状は、導電性部材またはコネクタの実装面の形状に応じて決めると良い。例えば、正方形、略正方形、長方形、略長方形などの方形状や多角形状が実装上好ましい。なお、給電点の形状は、円、略円、楕円、略楕円などの円状でも良い。

また、自動車用窓ガラス１０２は、ガラス板のみならず、透明樹脂板、あるいはガラス板と透明樹脂板との複合体からなる光透過部材も含まれる。

また、本実施形態ではアンテナ導体１０１を自動車用窓ガラス１０２に一箇所のみ設けたものであるが、同一窓ガラスに複数個所、あるいは複数の窓ガラスにそれぞれにアンテナ導体１０１を設けて、これらの複数個のアンテナ導体１０１を用いてダイバーシティ受信をしても良い。ダイバーシティ受信を行うことで、さらに受信感度を向上させることができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態のアンテナ装置のアンテナ導体３０１ａは、図３Ａに示すように第１の実施形態のアンテナ導体１０１の変形である。第２の実施形態は、第１の実施形態と第１のエレメント３０２が異なり、その他の点では同一である。そのため同じ構成には同じ符号を付し、それらの説明は省略する。なお、下記では図１Ａの配置位置の場合で説明するため、水平導体からの距離をルーフからの距離、垂直導体からの距離をピラーからの距離と表記する。

第２の実施形態では、アンテナ導体１０１のルーフ１０６からの距離、ピラー１０５からの距離、切り欠き部２０５が設けられる角度、半ループエレメントのアスペクト比、半ループエレメントの全長は変えずに、第１のエレメント３０２の長さを伸ばし、給電点の位置が異なっている例を示す。

第２の実施形態では、部分エレメント２０１ａは第１の給電部２０３に直接接続せずに、第１の付設エレメント３０３を介して第１の給電部２０３と接続されている。この場合、第１の付設エレメント３０３、部分エレメント２０１ａ及び部分エレメント２０１ｂを合わせて第１のエレメント３０２とし、第１のエレメント３０２の長さはそれぞれの長さを足し合わせた全長とする。前述の通り、第１のエレメントの長さと、切り欠き部２０５が設けられる角度は所定の範囲に定まるため、それらの値によっては、第１の給電部２０３の位置は図３Ａ中左上角部でなくても良い。しかし、この例では、ルーフ給電を可能とするために、アンテナ導体３０１ａの上辺に位置するものとし、最も第１のエレメント２０１の長さが最も短い場合でも、第１の給電部２０３の位置は、左辺と上辺に接合する左上角部とする。

第２の実施形態のような変形であっても第１の実施形態と同様に良好な送受信性能が得られ、かつルーフ給電が可能であり、給電位置の設計自由度が高くなる。

また、他の付設エレメントの形成例を以下の図３Ｂ及び図３Ｃに示す。

図３Ｂでは、第１のエレメント２０１として部分エレメント２０１ａのみを有し、第１の給電部２０３と部分エレメント２０１ａとループを形成する、ループ形成エレメント３０４が設けられている。

このように、半ループエレメントのいずれかの辺をループ化することによって、さらに高い受信感度が得られる。なお、本明細書において「ループ化する」とは、閉ループを形成することに限られず、いずれか一辺が閉ざされていない、例えばＵ字型などの不完全なループ形状を形成することも含むものとする。

なお、図３Ｂでは部分エレメント２０１ａの外側にループ形成エレメント３０４を形成して、アンテナ導体３０１ｂの一辺の外側にループを形成した例を示したが、これに限定されない。すなわち、アンテナ導体３０１ｂの一辺の内側にループを形成しても良い。

なお、図３Ｂでは部分エレメント２０２Ｃが第１のエレメント２０１の終端ＡのＸ座標の位置を越えて延伸されているが、第１のエレメント２０１の終端Ａと同じＸ座標の位置に、第２のエレメント２０２の終端Ｂが設けられていても良い。

図３Ｃでは、第２の給電部２０４に接続され、部分エレメント２０２ａに沿って延伸されたオーバーラップ形成エレメント３０５が設けられ、部分エレメント２０２ａは、第２の給電部２０４と直接接合せず、オーバーラップ形成エレメント３０５とオーバーラップ部で容量結合している。このように、半ループエレメントのいずれかの辺のうち、切り欠き部２０５以外の部分でオーバーラップ部を有し、互いのエレメントが容量結合するように近接させることで、アンテナ導体３０１ｃに給電するケーブルとのインピーダンス整合が向上するため、さらに高い受信感度が得られる。このように、オーバーラップ形成エレメント３０５は、一端を第２の給電部２０４（または第１の給電部２０３）に接続し、一部が半ループエレメントのいずれかの辺に沿って延伸して重なることでオーバーラップ部を形成する。

（第３の実施形態）
第３の実施形態のアンテナ装置のアンテナ導体４０１は、図４に示すように第１の実施形態のアンテナ導体１０１の変形である。第３の実施形態は、第１の実施形態と第１のエレメント４０２及び第２のエレメント４０３が異なり、その他の点では同一である。そのため同じ構成には同じ符号を付し、それらの説明は省略する。

第３の実施形態では、アンテナ導体１０１のルーフ１０６からの距離、ピラー１０５からの距離、切り欠き部２０５が設けられる角度、半ループエレメントの全長、給電点の位置、第１のエレメント４０１の長さは変えずに、半ループエレメントのアスペクト比を変化させた例を示す。

第１のエレメント４０２は、第１の実施形態のように部分エレメント２０１ａと部分エレメント２０１ｂを有さない。このように、半ループエレメントのアスペクト比と切り欠き部２０５が設けられる角度によっては、部分エレメント２０１ｂは形成されなくても良い。

また、第２のエレメント４０３は、部分エレメント２０２ｃの終端部から上方にむかって部分エレメント４０４を有している。切り欠き部２０５が設けられる角度によっては、このような部分エレメント４０４を設けても良い。

また、第３の実施形態では、第１のエレメント４０２の終端Ａと第２のエレメント４０３の終端Ｂとが同一のＸ座標上に存在するが、本実施形態に限定されない。すなわち、終端Ａと終端Ｂが異なるＸ座標に存在し、アンテナ導体全体として段差を有する半ループエレメントを形成しても良い。

第３の実施形態のような変形であっても、第１の実施形態と同様に良好な送受信性能が得られ、かつルーフ給電が可能であり、給電位置の設計自由度が高くなる。

＜原理説明＞
次に、本願発明の一実施形態の車車間通信の送受信原理について説明する。なお、アンテナを介した送信と受信の原理の可逆性から、ここでは相手車両から発せられた電波をアンテナで受信する立場で説明する。また、以下では水平導体をルーフ１０６、垂直導体をピラー１０５として説明するが、水平導体を１０８ｈ、垂直導体を１０８ｖ及び１１０とした場合の送受信原理も同様である。

車間通信で相手から発せられた垂直偏波の電波は、車体のピラー１０５に到達する。車体のピラー１０５は、水平線に対して所定の傾きを有しており、かつ送信電波の波長と比べ、ピラー１０５は幅が狭く、長さが長いため逆位相の電流が約半波長間隔で発生するアンテナ導体とみなせる。車両正面方向から電波が到来する場合、受信した電波によりピラー１０５に発生した電流は、複数生じている電流が強め合う関係になる。さらに、ピラー１０５に発生した電流は、ルーフ１０６へ伝播する。本実施形態のように、ピラー１０５とルーフ１０６の結合点付近にアンテナ導体１０１を配置すれば、ピラー１０５に発生した電流及びルーフ１０６へ伝播した電流とも、効率良く受信できるため、垂直偏波に対して高い受信感度を得ることができる。

次に、図５及び図６を用いて、第１の実施形態における切り欠き部２０５を設けることの意義について説明する。なお、図５と図６に示すアンテナパターンは、第１の実施形態と全く同一であるため、ここでは各部についての符号は省略する。また、アンテナを介した送信と受信の原理の可逆性から、ここではアンテナから情報を送信する際の電流の流れを用いて説明する。

図５のように、切り欠き部２０５を有しないループアンテナの場合、アンテナ導体上には、矢印５０３から矢印５０４の方向に流れる電流と、それとは逆に矢印５０５から矢印５０６の方向に流れる二つの電流が発生する。ループアンテナは、平衡性を維持しようとする特性を有するため、二つの電流は定在波のような挙動を示す。このような状態では、例えば、点５０１と点５０２などに常に電流の流れない電流の節が存在するため、電界の放射方向は常に矢印５０７と矢印５０８の方向に常に固定され、受信する相手が利得を得にくい角度が生じる。

一方で図６のように、切り欠き部２０５を有する半ループエレメントの場合、切り欠き部２０５を設けることにより、平衡性が維持されなくなる。この場合、切り欠き部２０５を起点として矢印６０３から矢印６０４、矢印６０５、矢印６０６、及び矢印６０７とアンテナ導体上を回転するように電流が流れる。このような状態では電流は点５０１にも流れ、電流は定在波の状態ではなくなるため、電界の放射方向も固定されない。すなわち、矢印５０７、矢印５０８だけでなく矢印６０９の方向など、より広範囲に電界が放射されるようになるため、受信する相手が利得を得にくい角度を生じにくくすることができる。

＜アンテナ指向性の測定＞
アンテナ導体を自動車用フロントガラスに設けたアンテナ付き自動車用フロントガラスを実際の自動車に取り付けて、そのアンテナ利得を実測した結果について説明する。

アンテナ利得は、アンテナ付き自動車用フロントガラスを、ターンテーブル上の自動車の窓枠に水平面に対して「約２３°」傾けた状態で組みつけて実測した。給電点にはコネクタが取り付けられていて、フィーダ線を介してネットワークアナライザに接続される。水平方向から自動車用フロントガラスに対して全方向から電波が照射されるように、ターンテーブルが回転する。

アンテナの指向性の測定は、ターンテーブルの中心に、アンテナ導体１０１付き自動車用フロントガラスを組みつけた自動車の車両中心をセットして、自動車を３６０°回転させて行われる。アンテナの指向性のデータは、垂直偏波のアンテナ利得を各周波数において回転角度１°毎に３６０°回転させて、それぞれ測定した値として示す。電波の発信位置とアンテナ導体との仰角は略水平方向（地面と平行な面を仰角＝０°、天頂方向を仰角＝９０°とする場合、仰角＝０°の方向）で測定した。アンテナ利得は、半波長ダイポールアンテナに対する相対利得の測定値に対して、無指向性アンテナ（Isotropic antenna）で０ｄＢとなるように標準化し、ｄＢｉとして算出した。なお、指向性の測定に際し、アンテナを図１Ａの配置位置に設けて測定したため、水平導体からの距離をルーフ１０６からの距離、垂直導体からの距離をピラー１０５からの距離と表記する。

＜切り欠き部２０５の有無による指向性変化＞
切り欠き部２０５を有する図２で示したアンテナ導体１０１付き自動車用フロントガラス（図７において例１と表記する）と、アンテナ導体１０１の終端Ａと終端Ｂとを結合させ、切り欠き部２０５を有さないループアンテナ付き自動車用フロントガラス（図７において例２と表記する）との指向性を測定し、比較した結果を図７に示す。図７を実測した時のアンテナ導体１０１の各部の寸法（単位はｍｍ）は、
ピラー１０５からの距離ｂ：１０
ルーフ１０６からの距離ａ：１５
半ループエレメントの周長：３００
第１のエレメントの長さ：５３
第１の給電部２０３と第２の給電部２０４の縦辺：１５
第１の給電部２０３と第２の給電部２０４の横辺：１７．５
第１の給電部２０３と第２の給電部２０４の距離：５
切り欠き部２０５の長さ：２
であった。

また、切り欠き部２０５が設けられる角度は４０度で、半ループエレメントのアスペクト比は０．８７５とした。

また、例２の場合は、切り欠き部２０５を設けなかった場合を測定した。なお、第１の給電部２０３と第２の給電部２０４の大きさと距離及び切り欠き部２０５の長さは以下、実施例全てにおいて同様である。

図７に示すように、切り欠き部２０５を設けることで、太い実線で示す例２では、点線で示す例１と比較すると、４５度方向の垂直偏波の利得が向上することが確認された。これは、前述の原理の通り、電流が回転するように流れることで電界の放射方向が固定されないため、利得が得にくい角度が生じづらくなっているためである。

＜オーバーラップ部８０３の有無による指向性変化＞
図８のように段差を有するように構成された半ループエレメントのアンテナ導体８０１において、終端Ａと終端Ｂの位置を調整してオーバーラップ部８０３の長さｇを調整し、それぞれの場合について指向性を測定し、比較した。オーバーラップ部８０３の長さｇが５０ｍｍ、３０ｍｍ、１０ｍｍの３種類について測定し、それぞれ例３、例４、例５としてその結果を図９に示す。図９を測定した時のガラスアンテナ導体１０１の各部の寸法（単位はｍｍ）は、
ピラー１０５からの距離ｂ：１０
ルーフ１０６からの距離ａ：１５
半ループエレメントの周長：３００
第１のエレメント８０２の長さ：５０
オーバーラップ部８０３の長さｇ：１０、３０、５０
であった。

また、切り欠き部２０５が設けられる角度は４０度で、半ループエレメントのアスペクト比は０．８７５とした。

図９の結果より、切り欠き部２０５を有していても、オーバーラップ部８０３が設けられている場合には、細い実線で示す例３、破線で示す例４、及び点線で示す例５のいずれの場合も、太い実線で示す例１と比較すると、４５度方向の垂直偏波の利得は減少することが確認された。これは、オーバーラップ部８０３を設けることで、オーバーラップ部８０３では逆相の電流で打ち消し合うため、利得が低下するためである。さらに、オーバーラップ部８０３の長さｇが例えば例３のように長い場合、切り欠き部２０５の容量が高まり、容量結合されるため、切り欠き部２０５を有しないループエレメントと同等の挙動に近づき、電流の回転が消失するため、利得が得にくい角度が生じたと考えられる。したがって、オーバーラップ部８０３は形成されないことが好ましい。しかし、オーバーラップ部８０３が１０ｍｍ未満の場合には、アンテナ導体１０１の動作周波数で、実質的に電気的に結合していないとみなせることから、１０ｍｍ未満のオーバーラップは許容する。

＜レイトレーシングシミュレーション＞
次に、本発明の一実施形態のアンテナ装置が、本実施形態のアンテナ装置同士だけでなく、ルーフトップアンテナとも良好な通信性能を確保できる点について、レイトレーシングシミュレーション（Ray Tracing Simulation）の結果を示して説明する。

以下の実施形態では、本発明を車車間通信用アンテナとして用いて、見通し悪い交差点でのお互いの位置を相手に知らせる通信に適用した場合を想定している。

図１０は、レイトレーシングシミュレーション上で設定された交差点付近の解析モデル図である。解析モデルは、交差点１００１で直角に交差する２本の接続道路１００２、１００３と、接続道路１００２、１００３以外の４箇所の構造物１００４、１００５、１００６、１００７とを含むように構成されている。電波の反射回数を最大１０回に設定し、電波の回折回数を１回に設定した。電波の反射面は、構造物１００４、１００５、１００６、１００７の壁面及び大地のみとした。構造物１００４、１００５、１００６、１００７の高さは無限大とし、屋根による回折はないものとした。

また、交差点１００１に交差する接続道路１００２側に電波の送信点１００８を設定し、交差点１００１に交差する接続道路１００３側に受信点１００９を設定した。送信点１００８の現在地から交差点１００１の接続道路１００２側の進入口（交差点１００１と接続道路１００２との接続部分）までを送信点１００８のアプローチ距離ｄｔとし、交差点１００１の接続道路１００３側の進入口（交差点１００１と接続道路１００３との接続部分）から受信点１００９までを距離ｄｒとした。ここでｄｔ＜ｄｒであり、交差点１００１の近傍を送信、交差点遠方を受信とした。

接続道路１００２上に設定された送信点１００８は、電波を送信するアンテナを搭載する自車の存在地点を想定する。接続道路１００３上に設定された受信点１００９は、送信点１００８（自車のアンテナ）から送信された電波を受信する通信相手（例えば、他車両）の存在地点を想定している。送信点１００８と受信点１００９との間の伝搬損失は、生成されるパスの伝達関数の複素合成により求められる。

その他のレイトレーシングシミュレーションの諸元として、送信点１００８と受信点１００９との間で送受される電波の周波数を７２０ＭＨｚ、送信点１００８及び受信点１００９のアンテナ高さを１．３ｍ、構造物１００４、１００５、１００６、１００７の材質をコンクリート（比誘電率６．７７、導電率０．０２３）、大地面の比誘電率を３．０、大地面の導電率を０．０００１に設定した。

また、図１０のように伝搬経路中に複数の構造物があると、マルチパスフェージングが生ずるため、自車両及び通信相手が各接続道路上のどの車線や位置を走行しているのかによって、伝搬損失が大きく変化する。

そこで、接続道路１００８の幅員ｗｔ及び接続道路１００９の幅員ｗｒ、並びに交差点１００１からの距離ｄｔ，ｄｒに応じて変化する伝搬特性を一意的に評価するための指標として、「受信率Ｐ」を導入する。

受信率Ｐを定義するために、まず、接続道路１００２上にＭ個の送信点１００８を幅員ｗｔの方向に設定するとともに、接続道路１００３上にＮ個の受信点１００９を幅員ｗｒの方向に設定する。これにより、Ｍ個の送信点１００８とＮ個の受信点１００９とを各々組み合わせることによって、（Ｍ×Ｎ）通りの送受信点間の伝搬特性データが得られる。そこで、損失が所定の閾値ｔｈよりも小さい伝搬特性データの数を、伝搬特性データの総数（＝Ｍ×Ｎ）で除算した値を、「受信率Ｐ」と定義する。つまり、伝搬損失が小さく通信性能が良好な送受信条件ほど、受信率Ｐは高い値を示す。

受信率Ｐをシミュレーションするために、今回のレイトレーシングシミュレーションでは、送信点１００８については、接続道路１００２の道路幅中心位置から構造物１００６側に１．５ｍ離れた位置まで５０ｃｍ間隔に４箇所設定した。また、受信点１００９については、接続道路１００３の道路幅中心位置から構造物１００７まで１０ｃｍ間隔に設定した。さらに、受信点１００９が他車両である場合、距離ｄｒは、他車両が交差点１００１に対し法定速度に１０ｋｍ／ｈを加えた速度で走行している状態で自車両からの信号を受信してからブレーキをかけて停止するのに必要な距離以上に設定されても良い。本実施形態では、接続道路１００３の法定速度を６０ｋｍ／ｈに設定し、他車両の走行速度を７０ｋｍ／ｈとして、他車両がブレーキをかけて停止するのに必要な距離を約８０ｍと想定し、それに１０ｍの余裕を加えて、距離ｄｒを一定の９０ｍに固定した。

また、今回のレイトレーシングシミュレーションでは、幅員ｗｔ，ｗｒ及びアプローチ距離ｄｔを変化させて、受信率Ｐのシミュレーションを行った。具体的には、幅員ｗｔを４ｍから１２ｍまで２ｍ間隔で５通り変化させ、幅員ｗｒを４ｍから３０ｍまで２ｍ間隔で１４通り変化させ、アプローチ距離ｄｔを９ｍから１１ｍまで１ｍ間隔で３通り変化させた。また、受信率Ｐは、アプローチ距離ｄｔ毎に算出した受信率の平均値とした。

また、車車間通信で想定されるパターンとして、３つのケースを定めた。ケース１は送信点１００８、受信点１００９とも本実施形態のアンテナ装置の場合、ケース２は送信点１００８が本実施形態のアンテナ装置であり、受信点１００９がルーフトップアンテナ相当の特性を有する場合、ケース３は送信点１００８がルーフトップアンテナ相当の特性を有し、受信点１００９が本実施形態のガラスアンテナである場合とした。ここで、ケース１の場合は垂直偏波だけでなく、水平偏波とも受信率に加味される。また、ルーフトップアンテナ相当の特性とは、垂直偏波利得が０ｄＢｉで無指向性であり、水平偏波利得は−∞ｄＢｉとし、水平偏波では通信できない場合を想定した。また、アンテナ装置は、図１Ａの配置位置に設けてシミュレーションを行ったため、水平導体からの距離をルーフ１０６からの距離、垂直導体からの距離をピラー１０５からの距離と表記する。

＜切り欠き部２０５が設けられる角度＞
図２で示したアンテナ導体１０１において、ピラー１０５からの距離、ルーフ１０６からの距離、第１の給電部２０３の位置、第２の給電部２０４の位置、半ループエレメントの周長を変えずに、第１のエレメントの長さと半ループエレメントのアスペクト比を変化させることで、切り欠き部２０５が設けられる角度が受信率に及ぼす影響について検討した。各場合の受信率の計算結果を図１１に示す。

図１１を計算した時のアンテナ導体１０１の各エレメントの長さ、各部の寸法及び設置位置は、単位をｍｍとすると、
ピラー１０５からの距離ｂ：１０
ルーフ１０６からの距離ａ：１５
半ループエレメントの周長：３００
であった。

また、第１の給電部２０３の位置は、半ループエレメントの左上角部に固定した。また、半ループエレメントのアスペクト比として、ｃ／ｄの値を９０ｍｍ／６０ｍｍ、７０ｍｍ／８０ｍｍ、５０ｍｍ／１００ｍｍの３種類に変化させた。また、第１のエレメント２０１の長さとして、長さの値を３３ｍｍ、５３ｍｍ、７３ｍｍの３種類に変化させた。

図１１に示されるように、ケース１、ケース２及びケース３の全ての場合で切り欠き部２０５が設けられる角度が２０°以上７５°以下の範囲で望ましい特性が得られた。

＜第１のエレメント２０１の長さ＞
図２で示したアンテナ導体１０１において、ピラー１０５からの距離、ルーフ１０６からの距離、切り欠き部２０５が設けられる角度、半ループエレメントの周長を変えずに、第１のエレメント２０１の長さと半ループエレメントのアスペクト比を変化させることで、第１のエレメント２０１の長さが受信率に及ぼす影響について検討した。各ケース１、ケース２及びケース３の場合の受信率の計算結果を、それぞれ図１２、図１３、図１４に示す。

図１２、図１３、図１４計算した時のガラスアンテナ導体１０１の各エレメントの長さ及び設置位置は、単位をｍｍとすると、
ピラー１０５からの距離ｂ：１０
ルーフ１０６からの距離ａ：１５
半ループエレメントの周長：３００
であった。

また、切り欠き部２０５が設けられる角度は４０度に固定した。また、半ループエレメントのアスペクト比として、ｃ／ｄの値を９０ｍｍ／６０ｍｍ、７０ｍｍ／８０ｍｍ、５０ｍｍ／１００ｍｍの３種類に変化させた（図の凡例ではｍｍを省略した表記とする）。また、第１のエレメント２０１の長さとして、長さの値を５３ｍｍ、７８ｍｍ、８８ｍｍ、９８ｍｍ、１０８ｍｍの５種類に変化させた。

図１２、図１３、図１４に示されるように、第１のエレメント２０１の長さが０．２λ_ｇ以上０．３５λ_ｇ以下の範囲でケース１、ケース２及びケース３の全ての場合で望ましい特性が得られた。中心周波数が７６０ＭＨｚであるＩＴＳを想定した場合、第１のエレメント２０１の長さは５０ｍｍ以上９０ｍｍ以下の範囲が好ましい。なお、０．２λ_ｇは第１の給電部２０３が半ループエレメントの左角部に設けられた状態であり、ルーフ１０６からの給電を可能とするため、この長さを第１のエレメントの最小値とした。

＜アンテナ導体１０１の設置位置＞
図２で示したアンテナ導体１０１において、切り欠き部２０５が設けられる角度、半ループエレメントの周長、半ループエレメントのアスペクト比、第１のエレメント２０１の長さを変えずにピラー１０５からの位置及びルーフ１０６からの位置を変え、それぞれの場合に受信率に及ぼす影響について検討した。各場合について、ケース１、ケース２及びケース３の受信率の計算結果を、図１５及び図１６に示す。

図１５及び図１６を計算した時のアンテナ導体１０１の各エレメントの長さ、各部の寸法及び設置位置は、単位をｍｍとすると、
半ループエレメントの周長：３００
半ループエレメントのアスペクト比：７０／８０
第１のエレメント２０１の長さ：５３
であった。

また、切り欠き部２０５が設けられる角度は４０度に固定した。

図１５に示されるように、ピラー１０５からの距離が５０ｍｍ以下であればケース１、ケース２及びケース３の全ての場合で望ましい特性が得られた。

図１６に示されるように、ルーフ１０６からの距離が７０ｍｍ以下であればケース１、ケース２及びケース３の全ての場合で望ましい特性が得られた。

＜半ループエレメントのアスペクト比＞
図２で示したアンテナ導体１０１において、ピラー１０５からの距離、ルーフ１０６からの距離、半ループエレメントの周長、第１のエレメント２０１の長さ、切り欠き部２０５が設けられる角度を変えずに、半ループエレメントのアスペクト比のみを変え、受信率に及ぼす影響について検討した。各ケース１、ケース２及びケース３の場合の計算結果を図１７に示す。

図１７を計算した時のアンテナ導体１０１の各エレメントの長さ、各部の寸法及び設置位置は、単位をｍｍとすると、
ピラー１０５からの距離：１０
ルーフ１０６からの距離：１５
半ループエレメントの周長：３００
第１のエレメント２０１の長さ：５３
であった。また、切り欠き部２０５が設けられる角度は４０度に固定した。

図１７に示されるように、半ループエレメントのアスペクト比が０．３以上であればケース１、ケース２及びケース３の全ての場合で望ましい特性が得られた。

＜半ループエレメントの周長＞
図２で示したアンテナ導体１０１において、ピラー１０５からの距離、ルーフ１０６からの距離、第１の給電部の位置、第２の給電部の位置、切り欠き部２０５が設けられる角度、半ループエレメントのアスペクト比を変えずに、半ループエレメントの周長を変え、受信率に及ぼす影響について検討した。各ケース１、ケース２及びケース３の場合の計算結果を図１８に示す。

図１８を計算した時のアンテナ導体１０１の各エレメントの長さ、各部の寸法及び設置位置は、単位をｍｍとすると、
ピラー１０５からの距離：１０
ルーフ１０６からの距離：１５
であった。

また、切り欠き部２０５が設けられる角度は４０度に固定し、半ループエレメントのアスペクト比は０．８７５で固定した。また、第１の給電部の位置は図２のように半ループエレメントの左上角部に固定とした。

なお、第１のエレメントの長さは、半ループ形状の全長の変化率を乗じ、切り欠き部２０５が設けられる角度が４０度となるように対応させた。

図１８に示されるように、半ループエレメントの全長が１．０５λ_ｇ以上１．５λ_ｇ以下であればケース１、ケース２及びケース３の全ての場合で望ましい特性が得られた。中心周波数が７６０ＭＨｚであるＩＴＳを想定した場合、半ループエレメントの全長は２６５ｍｍ以上３８０ｍｍ以下の範囲が好ましい。

＜付設エレメントの効果＞
図２で示したアンテナ導体１０１と、図３Ｂで示したループ形成エレメント３０４を設けたアンテナ導体３０１ｂ、図３Cで示したオーバーラップ形成エレメント３０５を設けたアンテナ導体３０１ｃとを同一の条件で測定し、ループ形成エレメント３０４及びオーバーラップ形成エレメント３０５の効果について検討した。各ケース１、ケース２及びケース３の場合の計算結果を図１９に示す。

図１９を計算した時のアンテナ導体１０１、３０１ｂ及び３０１ｃの各エレメントの長さ、各部の寸法及び設置位置は、単位をｍｍとすると、
アンテナ導体１０１、３０１ｂ及び３０１ｃの半ループエレメントの周長：３００
アンテナ導体１０１、３０１ｂ及び３０１ｃの半ループエレメントのアスペクト比：７０／８０
第１のエレメント２０１の長さ：５３
ループ形成エレメント３０４の横の長さ：１５
ループ形成エレメント３０４の縦の長さ：５３
オーバーラップ形成エレメント３０５の長さ：３８
オーバーラップ形成エレメント３０５が設けられた場合の部分エレメント２０２ａの長さ：３８
オーバーラップ形成エレメント３０５が設けられた場合の部分エレメント２０２ａと第２の給電部２０４との距離：２
であった。

また、切り欠き部２０５が設けられる角度はアンテナ導体１０１、３０１ｂ及び３０１ｃで約４０度とした。

図１９において、横軸はアンテナ導体１０１、３０１ｂ、３０１ｃの各場合の受信率を示す。図１９に示されるように、アンテナ導体１０１に比べて、ループ形成エレメント３０４を有して半ループエレメントの一辺をループ化させたアンテナ導体３０１ｂは、ケース１〜３の全ての場合において高い受信率が得られることが確認された。また、アンテナ導体１０１に比べて、オーバーラップ形成エレメント３０５を有して、半ループエレメントの切り欠き部２０５以外の部分でオーバーラップ部を有するアンテナ導体３０１ｃは、ケース１〜３の全ての場合において高い受信率が得られることが確認された。

本発明は、垂直偏波に対して高い受信感度を有するアンテナ装置であり、例えば、自動車の車車間の通信に好適に用いることができる。

本出願は、２０１３年７月３１日に日本国特許庁に出願された特願２０１３−１５９２５８に基づくものであり、その出願を優先権主張するものであり、その出願の全ての内容を参照することにより包含するものである。

１０１、３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ、４０１、８０１ アンテナ導体
１０１ｂ アンテナ導体１０１をＸ方向に鏡映したパターン
１０２ 自動車用窓ガラス
１０２ａ 自動車用窓ガラスの外縁
１０３ 金属フランジ
１０４ 黒色遮蔽膜
１０５ ピラー
１０６ ルーフ
１０７ 自動車用窓ガラス１０２の重心を通る上下方向のセンターライン
１０８ｖ、１０８ｈ、１１０ 導電体
１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃ、１０９ｄ 結合部
２０１、３０２、４０２、８０２ 第１のエレメント
２０１ａ、２０１ｂ 部分エレメント
２０２、４０３ 第２のエレメント
２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ、４０４ 部分エレメント
２０３ 第１の給電部
２０４ 第２の給電部
２０５ 切り欠き部
３０３ 第１の付設エレメント
３０４ ループ形成エレメント
３０５ オーバーラップ形成エレメント
５０１、５０２ 点
５０３、５０４、５０５、５０６、６０３、６０４、６０５、６０６、６０７ 電流の流れる方向
５０７、５０８、６０９ 電界の放射方向
８０３ オーバーラップ部
１００１ 交差点
１００２、１００３ 接続道路
１００４、１００５、１００６、１００７ 構造物
１００８ 送信点
１００９ 受信点
ａ ガラスアンテナ１０１の中で水平導体に最も近い部分と水平導体との距離
ｂ ガラスアンテナ１０１の中で垂直導体に最も近い部分と垂直導体との距離
ｃ 半ループエレメントの高さ
ｄ 半ループエレメントの幅
ｅ 半ループエレメントで囲まれる領域の中心点
ｆ 切り欠き部２０５の中心点
ｇ オーバーラップ部の長さ

Claims (15)

1. 窓ガラスに設けられたアンテナ導体と、前記アンテナ導体に設けられ互いに近接して配置される第１の給電部と第２の給電部とを有する給電点と、補助導体とを備えたアンテナ装置において、
   前記補助導体は、水平方向に直線状に設けられた水平導体と、前記水平導体と電気的に結合し垂直方向に直線状に設けられた垂直導体とを有し、
   前記アンテナ導体は、前記水平導体と前記垂直導体との結合部近傍に配設され、かつ一端が前記第１の給電部に接続される第１のエレメントと、一端が前記第２の給電部に接続される第２のエレメントとを有し、
   前記給電点は、前記アンテナ導体の前記水平導体に沿う部位に位置し、
   前記第１のエレメントと前記第２のエレメントとは、前記第１のエレメントの他端と前記第２のエレメントの他端とが近接されてループ形状の一部に切り欠き部を形成させるように半ループエレメントを構成し、
   前記半ループエレメントのうち、水平方向に延伸する第１の部分エレメントが前記水平導体の近傍に配置されるとともに、垂直方向に延伸する第２の部分エレメントが前記垂直導体の近傍に配置され、
   前記切り欠き部は、前記半ループエレメントで囲まれる領域の中心点を通る水平線に対して前記水平導体とは反対側かつ前記中心点を通る垂直線に対して前記垂直導体とは反対側に設けられ、
   前記第１のエレメントの長さは、所定の周波数帯の中心周波数における空気中の波長をλ_０とし、窓ガラスの波長短縮率をｋとし、前記窓ガラス上での波長をλ_ｇ＝λ_０・ｋとして、０．２λ_ｇ以上０．３５λ_ｇ以下である
   ことを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記切り欠き部は、前記中心点と前記切り欠き部の中間点を結ぶ直線と、水平線とがなす角度が２０°以上７５°以下の範囲に位置するように設けられた請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記水平導体または前記垂直導体の少なくともいずれか一方は、前記窓ガラスの表面に設けられた導体である請求項１または２に記載のアンテナ装置。
4. 前記窓ガラスは、第１のガラス板と第２のガラス板とが中間膜を介して貼り合わされた合わせガラスであり、
   前記水平導体または前記垂直導体の少なくともいずれか一方は、前記合わせガラスの前記中間膜に設けられた導体である請求項１から３のいずれかに記載のアンテナ装置。
5. 前記水平導体は、前記窓ガラスが車体の窓開口部に設置される場合、前記車体の窓開口部のルーフ側フランジである請求項１から４のいずれかに記載のアンテナ装置。
6. 前記垂直導体は、前記窓ガラスが設置される車体の窓開口部のピラー側フランジである請求項１から４のいずれかに記載のアンテナ装置。
7. 前記水平導体は、前記窓ガラスが設置される車体の窓開口部のルーフ側フランジであり、前記垂直導体は、前記窓ガラスが設置される前記車体の窓開口部のピラー側フランジである請求項１または２に記載のアンテナ装置。
8. 前記アンテナ導体のうち、前記垂直導体に最も近接する部分は、前記垂直導体から０．１９λ_ｇ以内の位置に設けられ、
   前記アンテナ導体のうち、前記水平導体に最も近接する部分は、前記水平導体から０．２７λ_ｇ以内の位置に設けられる請求項１から７のいずれかに記載のアンテナ装置。
9. 前記アンテナ導体のうち、前記垂直導体に最も近接する部分は、前記垂直導体から５０ｍｍ以内の位置に設けられ、
   前記アンテナ導体のうち、前記水平導体に最も近接する部分は、前記水平導体から７０ｍｍ以内の位置に設けられる請求項１から７のいずれかに記載のアンテナ装置。
10. 前記半ループエレメントの前記垂直方向の高さを前記半ループエレメントの前記水平方向の幅で除した値は、０．３以上となる請求項１から９のいずれかに記載のアンテナ装置。
11. 前記切り欠き部の長さは０．１ｍｍ〜５ｍｍである請求項１から１０のいずれかに記載のアンテナ装置。
12. 前記半ループエレメントの周長は、１．０５λ_ｇ〜１．５λ_ｇである請求項１から１１のいずれかに記載のアンテナ装置。
13. 前記半ループエレメントは、前記半ループエレメントのいずれかの辺をループ化するループ形成エレメントを有する請求項１から１２のいずれかに記載のアンテナ装置。
14. 前記半ループエレメントは、オーバーラップ形成エレメントをさらに有し、
    前記オーバーラップ形成エレメントは、一端を前記第１の給電部または前記第２の給電部に接続し、一部が前記半ループエレメントのいずれかの辺に沿って延伸して重なることでオーバーラップ部を形成し、
    前記オーバーラップ部は、前記切り欠き部が存在しない位置に設けられる請求項１から１３のいずれかに記載のアンテナ装置。
15. 垂直偏波を受信する請求項１から１４のいずれか一項に記載のアンテナ装置。

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