JP6567679B2 - アンテナ装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車両のルーフ等に取り付けられるアンテナ装置に関する。
近年、シャークフィンアンテナと呼ばれるアンテナが開発されており、例えばAM/FM受信用の場合、アンテナエレメントとしての容量エレメント(天頂エレメント)とコイルとを組み合わせたものが広く使われている。下記特許文献1は、アンテナ装置のケースに上方を撮影するカメラを取り付けた車両用カメラ装置を開示する。
特開2014−150496号公報
近年、自動運転や運転の補助などに使用される技術として、自動車の周辺状況をセンシングする技術が重要視されはじめており、センシングするための電子機器を設置することが増えてきた。しかし、センシングを行う電子機器を車両室内に設置すると、電子機器の主たる機能とは直接関連のない自動車の操作、内部の居住性、利便性などを考慮して取付けがなされ、電子機器の本来の機能、用途(例えばカメラにおける画像撮影)に最適な設置条件になるとは限らない。一方で、電子機器を車両のルーフ上のアンテナ近傍に単純に取り付けると、電子機器の本来の機能、用途に適した配置になったとしても、元々の設計時に見込まれていない金属物が追加されることにより、アンテナ性能が変動してアンテナが本来果たすべき機能であるラジオの受信性能が低下するという問題があった。
本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、近傍に電子機器が存在してもアンテナ性能への影響を抑制することの可能なアンテナ装置を提供することにある。
本発明のある態様は、アンテナ装置である。このアンテナ装置は、
天頂エレメントと、前記天頂エレメントの下方に設けられた波長短縮素子と、を備え、
カメラの筐体が、前記天頂エレメントの直下を避けた位置に設けられ、
前記波長短縮素子が、上下方向と垂直な所定方向において前記筐体に近接して配置され、
所定の周波数帯における最大アンテナ効率が、前記カメラが存在しない場合の最大アンテナ効率の85%以上である。
本発明のもう1つの態様は、アンテナ装置である。このアンテナ装置は、
天頂エレメントと、前記天頂エレメントの下方に設けられた波長短縮素子と、を備え、
カメラの筐体が、前記天頂エレメントの直下を避けた位置に設けられ、
前記波長短縮素子が、上下方向と垂直な所定方向において前記筐体に近接して配置され、
前記筐体と前記波長短縮素子との間の前記所定方向の距離が、受信対象信号の最小波長の0.00075倍以上である。
本発明のもう1つの態様は、アンテナ装置である。このアンテナ装置は、
天頂エレメントと、前記天頂エレメントの下方に設けられた波長短縮素子と、を備え、
カメラの筐体の少なくとも一部が前記天頂エレメントの直下に位置し、
前記波長短縮素子が、上下方向と垂直な所定方向に前記筐体から所定距離隔てて配置され、
所定の周波数帯における最大アンテナ効率が、前記カメラが存在しない場合の最大アンテナ効率の85%以上である。
本発明のもう1つの態様は、アンテナ装置である。このアンテナ装置は、
天頂エレメントと、前記天頂エレメントの下方に設けられた波長短縮素子と、を備え、
カメラの筐体の少なくとも一部が前記天頂エレメントの直下に位置し、
前記波長短縮素子が、上下方向と垂直な所定方向に前記筐体から所定距離隔てて配置され、
前記筐体と前記波長短縮素子との間の前記所定方向の距離が、受信対象信号の最小波長の0.0023倍以上である。
本発明のもう1つの態様は、アンテナ装置である。このアンテナ装置は、
天頂エレメントと、前記天頂エレメントの下方に設けられた波長短縮素子と、を備え、
前記波長短縮素子の上端部がカメラの筐体の上端部より上方にあり、前記波長短縮素子の下端部が前記筐体の下端部より上方にある。
前記筐体が、前記天頂エレメントの直下を避けた位置に設けられ、
前記波長短縮素子が、上下方向と垂直な所定方向において前記筐体に近接して配置され、
前記波長短縮素子と前記カメラの筐体との高さ方向の相互重複長が、受信対象信号の最小波長の0.0038倍以下であり、
前記筐体と前記波長短縮素子との間の前記所定方向の距離が、受信対象信号の最小波長の0.00030倍以上であってもよい。
前記波長短縮素子が、前記天頂エレメントの中央部直下又はそれより前記筐体に近い位置に存在してもよい。
前記筐体が金属製であってもよい。
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
本発明によれば、近傍に電子機器が存在してもアンテナ性能への影響を抑制することの可能なアンテナ装置を提供することができる。
本発明の実施の形態1に係るアンテナ装置1の前方斜視図。 同後方斜視図。 アウターケース10を省略したアンテナ装置1の前方斜視図。 同後方斜視図。 アウターケース10及びインナーケース20を省略したアンテナ装置1の前方斜視図。 同後方斜視図。 同側面図。 アンテナ装置1の分解斜視図。 アンテナ装置1を取付け先の車両ルーフ5と共に示した模式的側断面図(インナーケース20は図示省略)。 アンテナ装置1において、コイル40とカメラ50の筐体51との対向距離(図9に示す距離D)を1mm、3mm、5mm、10mmとした各場合のFM帯の周波数に対するアンテナ効率を、カメラ50を無くした場合と共に示した特性図。 アンテナ装置1における、コイル40とカメラ50の筐体51との対向距離(図9に示す距離D)に対するFM帯の最大アンテナ効率の特性図。 本発明の実施の形態2に係るアンテナ装置2の模式的側断面図(インナーケース20は図示省略)。 アンテナ装置2の寸方例説明図(寸法の単位はmm)。 アンテナ装置2において、コイル40とカメラ50の筐体51との対向距離を1.5mm、2.5mm、7.5mm、21.5mmとした各場合のFM帯の周波数に対するアンテナ効率を、カメラ50を無くした場合と共に示した特性図。 アンテナ装置2における、コイル40とカメラ50の筐体51との対向距離に対するFM帯の最大アンテナ効率の特性図。 本発明の実施の形態3に係るアンテナ装置3の模式的側断面図(インナーケース20は図示省略)。 アンテナ装置3において、コイル40とカメラ50の筐体51との対向距離(図16に示す距離D)を1mmに固定し、コイル40と筐体51の高さ方向の相互重複長(図16に示す距離W)を6mm、9mm、12mm、13mm、16mmとした各場合のFM帯の周波数に対するアンテナ効率を、カメラ50を無くした場合と共に示した特性図。 アンテナ装置3における、コイル40と筐体51の高さ方向の相互重複長(図16に示す距離W)に対するFM帯の最大アンテナ効率の特性図。 コイル40の巻きピッチを詰めてコイル40の巻線下端部を上方にシフトした場合のアンテナ装置3の後方斜視図。 同側面図。 コイル40の径を大きくしてコイル40の巻線下端部を上方にシフトした場合のアンテナ装置3の後方斜視図。 同側面図。 図9のようにコイル40を天頂エレメント30の後部下方に設けた構成においてカメラ50をアウターケース10内の前部に追加した実施の形態に係るアンテナ装置の模式的側面図(インナーケース20は図示省略)。 図9に示す構成においてカメラ50をアウターケース10内の前部に移動し、コイル40を天頂エレメント30の前端部下方(直下)に移動した実施の形態に係るアンテナ装置の模式的側面図(インナーケース20は図示省略)。 図24に示す構成においてカメラ50を天頂エレメント30の後端部下方(直下)に追加した実施の形態に係るアンテナ装置の模式的側面図(インナーケース20は図示省略)。
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
実施の形態1
図1〜図11を参照し、本発明の実施の形態1を説明する。図7において、前後上下の各方向を定義する。本実施の形態のアンテナ装置1は、車載用アンテナ装置であり、車両のルーフ等に取り付けられる。アンテナ装置1において、アウターケース10は、電波透過性の合成樹脂製(PCやPET等の樹脂製の成型品)であり、両側面が内側に湾曲したシャークフィン形状とされている。アウターケース10は、例えば爪同士の係合により、アンテナベース80に取り付けられる(係止される)。
インナーケース20は、電波透過性の合成樹脂製(ABS樹脂等の樹脂製の成型品)であり、アンテナベース80にネジ止め等により固定される。図3及び図4に示すように、インナーケース20は、カメラ50を取り付けるためのカメラ取付部21を背面下部に有する。パッド60は、エラストマーやゴム等の環状の弾性部材であり、アンテナベース80上に設けられ、インナーケース20の下端部によって全周に渡って押圧され、インナーケース20とアンテナベース80との間を水密封止する。
天頂エレメント30は、ステンレス等の金属板(導体板)からなる容量エレメントであり、平板型、傘型、U字型、あるいはV字型等に加工され、インナーケース20の天井面に固定される。コイル40は、波長短縮素子の例示であり、天頂エレメント30の後端部下方(直下)に設けられる。コイル40の巻線上端部は、カメラ50の筐体51の上端部より上方にある。コイル40の巻線下端部は、筐体51の下端部より上方にある。コイル40のロアターミナル41は、アンプ基板70に接続される。コイル40の図示しないアッパーターミナルは、天頂エレメント30に接続される。図7及び図9に示すように、コイル40は、前後方向(上下方向と垂直な所定方向の例示)において、後述のカメラ50の筐体51に近接して配置される。天頂エレメント30及びコイル40により、AM/FM放送の受信が可能となる。
電子機器としてのカメラ50は、インナーケース20の背面部に設けられたカメラ取付部(電子機器取付部)21に取り付けられ(固定され)、取付け先となる車両の後方の動画及び/又は静止画を撮影する。カメラ50は、金属製の筐体51と、後方に臨むレンズ52と、信号線53と、を含む。筐体51は、天頂エレメント30の直下を避けた位置に設けられる。信号線53は、インナーケース20のカメラ取付部21を通ってインナーケース20内に入り、図7に示すように、アンプ基板70から延びる出力ケーブル72と共にアンテナベース80の貫通穴81(図8)を通って下方に導出される。パッド54は、エラストマーやゴム等の環状の弾性部材であり、カメラ50の筐体51とインナーケース20のカメラ取付部21との間に設けられて押圧され、両者の間を水密に塞ぐ。
アンテナベース80は、樹脂製であり、中央部に貫通穴81を有する。貫通穴81の上部開口を覆うように、アンプ基板70がアンテナベース80上にネジ止め等によって固定される。アンプ基板70上には、コイル40のロアターミナル41を挟み込む一対の導体板バネ(ターミナル)71が設けられる。アンテナベース80の下面には、エラストマーやゴム等の環状の弾性部材からなる環状のシール部材90が、貫通穴81を囲むように設けられる。シール部材90は、アンテナベース80と車両ルーフ(アンテナ装置1の取付面)との間を水密封止する。ワッシャー91及びボルト92は、アンテナ装置1を取付け先の車両ルーフに取り付けるものである。ワッシャー91及びボルト92により、アンテナベース80は車両ルーフにアースされる。
図10は、アンテナ装置1においてコイル40とカメラ50の筐体51との対向距離(図9に示す距離D)を1mm、3mm、5mm、10mmとした各場合のFM帯の周波数に対するアンテナ効率(放射効率)を、カメラ50を無くした場合と共に示した特性図である。図11は、アンテナ装置1における、コイル40とカメラ50の筐体51との対向距離(図9に示す距離D)に対するFM帯の最大アンテナ効率の特性図である。
図10及び図11より、最大アンテナ効率(図10に示す各山形特性の頂上)は、カメラ50が存在しない場合が最も高く、コイル40とカメラ50の筐体51との対向距離Dを狭めていくほど低下したが、対向距離Dが2.5mm以上であれば、アンテナの特性変動が抑制され、カメラ50が存在しない場合のアンテナ効率0.7に対して85%以上(約0.6以上)のアンテナ効率となり、実用に耐え得る性能となることが分かった。なお、図10に示す各山形特性がピークとなる周波数は対向距離によって異なっているが、チューニングで調整すればよいため、重要なのは山形特性のピーク値である。2.5mmという距離は、受信対象信号(ここではFM信号)の最小波長の約0.00075倍である。
通常、アンテナ装置1にカメラ50を設ける場合においては、カメラ50とコイル40は相互に出来るだけ離間させ、金属物である筐体51によるアンテナ性能への悪影響を抑制することが基本であるが、本実施の形態により、受信対象信号の最小波長の0.00075倍までカメラ50の筐体51とコイル40を相互に近接配置可能であることが明らかとなった。すなわち、本実施の形態によれば、コイル40の近傍にカメラ50が存在してもアンテナ性能への影響を抑制することができる。また、カメラ50をアンテナ装置1の後部に設けながらコイル40を天頂エレメント30の後端部直下に配置するといった、従来は考えられなかったレイアウトが可能となり、設計の自由度を大幅に向上させることができる。
実施の形態2
図12〜図15を参照し、本発明の実施の形態2を説明する。なお、図12においてアウターケース10の後方に示した破線は、実施の形態1のアウターケース10の外形を参考に示したものである。本実施の形態のアンテナ装置2は、実施の形態1のアンテナ装置1と比較して、カメラ50の筐体51が天頂エレメント30の後端部直下に位置し、その分だけアウターケース10が小型化された点と、コイル40が天頂エレメント30の中央部直下に位置する点で相違し、その他の点で一致する。
図13は、アンテナ装置2の寸方例説明図(寸法の単位はmm)である。図13の例では、天頂エレメント30の前後長が95.0mm、コイル40の巻線部前端から天頂エレメント30の後端までの距離が47.5mm、コイル40の巻線部の巻軸方向長が24.0mm、コイル40の上端から天頂エレメント30の下端までの距離が9.0mm、コイル40の下端からアンテナベース80の上面までの距離が9.0mm、アンテナベース80の上面から天頂エレメント30の下端までの距離が42.0mm、コイル40の巻線部外径が16.0mm、コイル40の巻線部後端からカメラ50の筐体51の前面までの距離が7.5mm、筐体51とコイル40の高さ方向の相互重複長が16.0mm、筐体51の前後長が25.0mm、筐体51の高さが25.0mmである。なお、筐体51の外形寸法は全ての実施の形態に共通し、コイル40の巻線部の外形寸法は実施の形態1及び3(図16の例)に共通し、コイル40と筐体51の高さ方向における相対位置に関する寸法は、実施の形態1に共通する。
図14は、アンテナ装置2において、コイル40とカメラ50の筐体51との対向距離を1.5mm、2.5mm、7.5mm、21.5mmとした各場合のFM帯の周波数に対するアンテナ効率を、カメラ50を無くした場合と共に示した特性図である。図15は、アンテナ装置2における、コイル40とカメラ50の筐体51との対向距離に対するFM帯の最大アンテナ効率の特性図である。
図14及び図15より、最大アンテナ効率(図14に示す各山形特性の頂上)は、カメラ50が存在しない場合が最も高く、コイル40とカメラ50の筐体51との対向距離を狭めていくほど低下したが、対向距離が7.5mm以上であれば、アンテナの特性変動が抑制され、カメラ50が存在しない場合のアンテナ効率0.7に対して85%以上(約0.6以上)のアンテナ効率となり、実用に耐え得る性能となることが分かった。7.5mmという距離は、受信対象信号(ここではFM信号)の最小波長の約0.0023倍である。
通常、アンテナ装置2にカメラ50を設ける場合においては、金属物である筐体51は天頂エレメント30の直下を避けた位置に設け、筐体51によるアンテナ性能への悪影響を抑制することが基本であるが、本実施の形態により、受信対象信号の最小波長の0.0023倍以上カメラ50の筐体51とコイル40を相互に隔てることで、筐体51を天頂エレメント30の直下に配置可能であることが明らかとなった。すなわち、本実施の形態によれば、コイル40に対して受信対象信号の最小波長の0.0023倍までカメラ50を近づけて配置してもアンテナ性能への影響を抑制することができると共に、天頂エレメント30の直下にカメラ50の筐体51の少なくとも一部を位置させるといった、従来は困難であったレイアウトが可能となり、設計の自由度を大幅に向上させることができる。
実施の形態3
図16〜図18を参照し、本発明の実施の形態3を説明する。本実施の形態のアンテナ装置3は、実施の形態1のアンテナ装置1と比較して、コイル40の巻線下端部が上方にシフトしている。コイル40と筐体51との対向距離である1mmは、受信対象信号(ここではFM信号)の最小波長の約0.00030倍であり、実施の形態1における対向距離より近くなっている。
図17は、アンテナ装置3において、コイル40とカメラ50の筐体51との対向距離(図16に示す距離D)を1mmに固定し、コイル40と筐体51の高さ方向の相互重複長(図16に示す距離W)を6mm、9mm、12mm、13mm、16mmとした各場合のFM帯の周波数に対するアンテナ効率を、カメラ50を無くした場合と共に示した特性図である。図18は、アンテナ装置3における、コイル40と筐体51の高さ方向の相互重複長(図16に示す距離W)に対するFM帯の最大アンテナ効率の特性図である。
図17及び図18より、最大アンテナ効率(図17に示す各山形特性の頂上)は、カメラ50が存在しない場合が最も高く、コイル40と筐体51の高さ方向の相互重複長を大きくしていくほど低下したが、相互重複長が12.5mm以下であれば、アンテナの特性変動が抑制され、カメラ50が存在しない場合のアンテナ効率0.7に対して85%以上(約0.6以上)のアンテナ効率となり、実用に耐え得る性能となることが分かった。12.5mmという距離は、受信対象信号(ここではFM信号)の最小波長の約0.0038倍である。
本実施の形態によれば、実施の形態1と同様にコイル40の近傍にカメラ50が存在してもアンテナ性能への影響を抑制することができると共に、実施の形態1と比較して更にコイル40とカメラ50の筐体51とを相互に近接配置することが可能となり、設計の自由度を更に向上させることができる。コイル40の巻線下端部を上方にシフトする手段としては、例えば、図19及び図20に示すようにコイル40の巻きピッチを実施の形態1と比較して詰める方法や、図21及び図22に示すようにコイル40の径を実施の形態1と比較して大きくする方法がある。コイル40を大径化する場合、巻き軸となるボビンを、前後方向に長い楕円ボビンにすればよい。
以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。以下、変形例について触れる。
実施の形態では、アンテナ装置がシャークフィン形である場合を例示したが、アンテナ装置はポールアンテナ等の他の形態であってもよい。波長短縮素子は、コイル40に替えて、ミアンダ形状、フラクタル形状、スパイラル形状等の分布定数素子、また、チップコイル等の集中定数素子等の波長短縮機能とアンテナの共振周波数の調整機能を有するその他の素子を用いてもよい。カメラ50の筐体51は金属製でなくてもよく、例えば、樹脂性の筐体で内部に金属シールドを有する構成であってもよい。電子機器であれば筐体が金属製でなくても金属を含むことが自明であり、その金属は筐体が金属であるのと同様にアンテナ性能に影響を与える。
カメラ50は、2個以上設けてもよく、例えば図23に示すように、アウターケース10内の前部にカメラ50を追加してもよい。また、図24に示すように、コイル40を天頂エレメント30の前端部下方(直下)に設け、カメラ50をアウターケース10内の前部に設けてもよい。更に、図25に示すように、図24の構成においてカメラ50を天頂エレメント30の後端部下方(直下)に追加してもよい。更に、カメラ50は、アウターケース10内の側部(左右側面部)に設けてもよい。電子機器は、カメラに限定されず、盗難防止用の人感センサ、LED、スピーカー、赤外線センサ等の他の種類のものであってもよい。近傍に設置することでアンテナの特性に影響を与え得る広範な電子機器をアンテナ装置に組み込む場合に本発明は有効である。
1〜3 アンテナ装置、5 車両ルーフ、10 アウターケース、20 インナーケース、21 カメラ取付部(電子機器取付部)、30 天頂エレメント(容量エレメント)、40 コイル、41 ロアターミナル、50 カメラ(電子機器)、51 筐体、52 レンズ、53 信号線、54 パッド、55 台座、60 パッド、70 アンプ基板、71 導体板バネ(ターミナル)、72 出力ケーブル、80 アンテナベース、81 貫通穴、90 シール部材、91 ワッシャー、92 ボルト

Claims (8)

  1. 天頂エレメントと、前記天頂エレメントの下方に設けられた波長短縮素子と、を備え、
    カメラの筐体が、前記天頂エレメントの直下を避けた位置に設けられ、
    前記波長短縮素子が、上下方向と垂直な所定方向において前記筐体に近接して配置され、
    所定の周波数帯における最大アンテナ効率が、前記カメラが存在しない場合の最大アンテナ効率の85%以上である、アンテナ装置。
  2. 天頂エレメントと、前記天頂エレメントの下方に設けられた波長短縮素子と、を備え、
    カメラの筐体が、前記天頂エレメントの直下を避けた位置に設けられ、
    前記波長短縮素子が、上下方向と垂直な所定方向において前記筐体に近接して配置され、
    前記筐体と前記波長短縮素子との間の前記所定方向の距離が、受信対象信号の最小波長の0.00075倍以上である、アンテナ装置。
  3. 天頂エレメントと、前記天頂エレメントの下方に設けられた波長短縮素子と、を備え、
    カメラの筐体の少なくとも一部が前記天頂エレメントの直下に位置し、
    前記波長短縮素子が、上下方向と垂直な所定方向に前記筐体から所定距離隔てて配置され、
    所定の周波数帯における最大アンテナ効率が、前記カメラが存在しない場合の最大アンテナ効率の85%以上である、アンテナ装置。
  4. 天頂エレメントと、前記天頂エレメントの下方に設けられた波長短縮素子と、を備え、
    カメラの筐体の少なくとも一部が前記天頂エレメントの直下に位置し、
    前記波長短縮素子が、上下方向と垂直な所定方向に前記筐体から所定距離隔てて配置され、
    前記筐体と前記波長短縮素子との間の前記所定方向の距離が、受信対象信号の最小波長の0.0023倍以上である、アンテナ装置。
  5. 天頂エレメントと、前記天頂エレメントの下方に設けられた波長短縮素子と、を備え、
    前記波長短縮素子の上端部がカメラの筐体の上端部より上方にあり、前記波長短縮素子の下端部が前記筐体の下端部より上方にある、アンテナ装置。
  6. 前記筐体が、前記天頂エレメントの直下を避けた位置に設けられ、
    前記波長短縮素子が、上下方向と垂直な所定方向において前記筐体に近接して配置され、
    前記波長短縮素子と前記カメラの筐体との高さ方向の相互重複長が、受信対象信号の最小波長の0.0038倍以下であり、
    前記筐体と前記波長短縮素子との間の前記所定方向の距離が、受信対象信号の最小波長の0.00030倍以上である、請求項5に記載のアンテナ装置。
  7. 前記波長短縮素子が、前記天頂エレメントの中央部直下又はそれより前記筐体に近い位置に存在する、請求項1から6のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
  8. 前記筐体が金属製である請求項1から7のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
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