JP6620752B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の室内に配置されたアンテナ装置及び該アンテナ装置を搭載した車載用アンテナに関する。

従来、車両にはラジオ放送受信用のアンテナやテレビ放送受信用のアンテナが搭載されている。一方で、近年はＩＴＳ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ：高度道路交通システム）において、車間通信や路車間通信に用いられている垂直偏波の電波を送受信するアンテナを搭載したいといったニーズも高まっている。

これらの垂直偏波の電波を送受信するアンテナとして、車両の窓ガラスの室内側上部のルームミラーの台座を接着する位置に、窓ガラス面に平行に設けられたアンテナパターンを備える車両用アンテナ（特許文献１）や、第１の放射導体と第２の放射導体からなり、第１の放射導体は車両の窓ガラスの車室内側表面上に形成され、第２の放射導体は所定の角度をなすように車両の内側に折り曲げられたアンテナ（特許文献２）が開示されている。

特開２００１−４４７３０号公報 特開２００９−１８８９１２号公報

しかしながら、従来技術である特許文献１に開示されている車両用アンテナの場合、車両のガラス面に平行にアンテナパターンが設けられているため、地面に水平な方向から到来する垂直偏波の送受信感度は、車両の窓ガラスの取り付け角の影響を受けてしまうという問題がある。

また、特許文献２に開示されている車載アンテナの場合も、車両の窓ガラス面に第１の放射導体が形成されるため、地面に水平な方向から到来する垂直偏波の送受信感度は、車両の窓ガラスの取り付け角の影響を受けてしまうという問題がある。

本発明が解決しようとする課題は、車両の窓ガラスの取り付け角に依存することなく、地面に水平な方向から到来する垂直偏波の送受信特性を向上させることが可能なアンテナ装置を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明のアンテナ装置は、
車両に設けられるアンテナ装置であって、
前記アンテナ装置は、直線状の第１のエレメントと直線状の第２のエレメントと給電部を備えるダイポールアンテナであり、
前記ダイポールアンテナは、前記給電部から前記第１のエレメントと前記第２のエレメントに高周波電流を供給することで、前記第１のエレメントと前記第２のエレメントに沿ってできる電界面を発生させ、
前記アンテナ装置が前記車両に取り付けられたとき、前記電界面と、前記車両の長辺方向とがなす角が±４５°の範囲内であり、
前記アンテナ装置が前記車両に取り付けられたとき、前記第１のエレメントに発生する電流の向きと強さで決まる第１の電流ベクトルと、前記第２のエレメントに発生する電流の向きと強さで決まる第２の電流ベクトルとの合成電流ベクトルの向きが、地面に対して９０°±４５°の範囲内の角度を有する、ことを特徴とする。
また、本発明のアンテナ装置は、
車両に設けられるアンテナ装置であって、
前記アンテナ装置は、折れ曲がり形状を有する第１のエレメントと折れ曲がり形状を有する第２のエレメントと給電部を備えるダイポールアンテナであり、
前記ダイポールアンテナは、前記給電部から前記第１のエレメントと前記第２のエレメントに高周波電流を供給することで、前記第１のエレメントと前記第２のエレメントに沿ってできる電界面を発生させ、
前記アンテナ装置が前記車両に取り付けられたとき、前記電界面と、前記車両の長辺方向とがなす角が±４５°の範囲内であり、
前記アンテナ装置が前記車両に取り付けられたとき、前記第１のエレメントに発生する電流の向きと強さで決まる第１の電流ベクトルと、前記第２のエレメントに発生する電流の向きと強さで決まる第２の電流ベクトルとの合成電流ベクトルの向きが、地面に対して９０°±４５°の範囲内の角度を有する。
また、本発明のアンテナ装置は、
車両に設けられるアンテナ装置であって、
前記アンテナ装置は、第１のエレメントと第２のエレメントと給電部を備えるダイポールアンテナであり、
前記第１のエレメントは、少なくとも一部が幅広導体であり、
前記ダイポールアンテナは、前記給電部から前記第１のエレメントと前記第２のエレメントに高周波電流を供給することで、前記幅広導体の先端部から前記給電部への方向と前記第２のエレメントに沿ってできる電界面を発生させ、
前記アンテナ装置が前記車両に取り付けられたとき、前記電界面と、前記車両の長辺方向とがなす角が±４５°の範囲内であり、
前記アンテナ装置が前記車両に取り付けられたとき、前記第１のエレメントに発生する電流の向きと強さで決まる第１の電流ベクトルと、前記第２のエレメントに発生する電流の向きと強さで決まる第２の電流ベクトルとの合成電流ベクトルの向きが、地面に対して９０°±４５°の範囲内の角度を有する。
また、上記目的を達成するため、本発明に係る車載用アンテナは、該アンテナ装置を備える。

本発明によれば、車両の窓ガラスの取り付け角に依存することなく、また、アンテナ導体を車室側へ折り曲げることがないため、従来のアンテナ装置よりも地面に水平な方向から到来する垂直偏波の送受信特性を向上させることができる。

本発明の第１の実施形態のアンテナ装置と一般的な垂直偏波の電界面を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態のアンテナ装置の電流ベクトルを示す模式図である。 本発明の第１の実施形態のアンテナ装置の合成電流ベクトルを示す模式図である。 本発明の第１の実施形態のアンテナ装置を備える支持部材の斜視図である。 別の実施形態のアンテナ装置の平面図である。 別の実施形態のアンテナ装置の平面図である。 本発明の第２の実施形態のアンテナ装置と一般的な垂直偏波の電界面を示す模式図である。 本発明の第２の実施形態のアンテナ装置の電流ベクトルを示す模式図である。 本発明の第２の実施形態のアンテナ装置の合成電流ベクトルを示す模式図である。 第２の実施形態のアンテナ装置の平面図である。 第２の実施形態のアンテナ装置を傾けた場合の利得と傾け角度との関係を示す計算結果を示すグラフである。 第１の実施形態のアンテナ装置の変形例を示す構成図である。 第１の実施形態のアンテナ装置の他の変形例を示す構成図である。 第１の実施形態のアンテナ装置の他の変形例を示す構成図である。 第２のエレメントが第１のエレメントの短辺に並走する導体部分を有する形態例を示す図である。 第２のエレメントが第１のエレメントの短辺に並走する導体部分を有さない形態を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態の説明を行う。なお、形態を説明するための図面において、方向について特に記載しない場合には図面上での方向をいうものとし、各図面の向きは、記号、数字の方向に対応する。

第１の実施形態
図１は、本発明の第１の実施形態であるアンテナ装置１０の斜視図である。
アンテナ装置１０は、車両に設けられ、第１のエレメント１１と第２のエレメント１２と給電部１３を備える。第１のエレメント１１と第２のエレメント１２は、給電部１３より高周波の電流が給電されると、第１のエレメント１１と第２のエレメント１２に電流が流れる。そして、第１のエレメント１１と第２のエレメント１２の近傍に磁界が発生し、磁界面と直交する面に電界面が発生する。

図１に示されているように、アンテナ装置１０に発生する電界面は、図１におけるＹＺ面と平行に形成される。このとき、図１におけるＹＺ面と、車両の長辺方向（Ｙ軸方向）とがなす角度が±４５°の範囲内であると、アンテナ装置１０に発生する電界面と、車両において地面に水平な方向（Ｙ軸方向）から到来する垂直偏波７０の電界面とのなす角度が±４５°の範囲内となるため、地面に水平方向（Ｙ軸方向）から飛来する垂直偏波７０の送受信特性が向上する。好ましくは±３０°の範囲内の角度であり、より好ましくは±２０°の範囲内の角度である。

図２を用いて、本発明の第１の実施形態であるアンテナ装置１０の動作について説明する。
第１の実施形態のアンテナ装置１０において、第１のエレメント１１と第２のエレメント１２は、ともに一端が開放端であり、第１のエレメント１１及び第２のエレメント１２は、開放端とは異なる端部で給電部１３に電気的に接続されている。

給電部１３は、不図示の信号処理回路にアンテナ装置１０を接続するための部位である。図２では、給電部１３は第１のエレメント１１と第２のエレメント１２が交差する部位に配置されているが、アンテナ装置１０がダイポールアンテナとして動作する部位であればこの限りではない。

図２に示すように、第１の実施形態のアンテナ装置１０が、給電部１３より高周波の電流が給電されると、第１のエレメント１１の開放端から、第２のエレメント１２の開放端へと電流が発生する。この時、第１のエレメント１１の端部から給電部１３へ向うに従って電流分布が強くなり、給電部１３から第２のエレメント１２の端部に向うに従って電流分布は弱くなる。理想的には第１のエレメント１１の端部と第２のエレメント１２の端部では、電流は限りなく０になる。

第１のエレメント１１には、第１のエレメント１１の端部から給電部１３へ流れる電流分布と、第１のエレメント１１の端部から給電部１３へ延伸する方向とで決まる、第１の電流ベクトル４１が発生する。また、第２のエレメント１２には、給電部１３から第２のエレメント１２の端部へ流れる電流の分布と、給電部１３から第２のエレメント１２の端部へ延伸する方向とで決まる、第２の電流ベクトル４２が発生する。

この時、図３に示すように、第１の電流ベクトル４１と第２の電流ベクトル４２とを合成した合成電流ベクトル４０の向きが、地面に対して９０°±４５°の範囲内の角度であると、地面に水平な方向から到来する垂直偏波の送受信特性が向上する。好ましくは９０°±３０°の範囲内の角度であり、より好ましくは９０°±２０°の範囲内の角度である。

アンテナは交流的に動作するため、発生する電流の向きは逆方向、つまり第２のエレメント１２の開放端から第１のエレメント１１の開放端へも流れる。したがって、第１の電流ベクトル４１や第２の電流ベクトル４２、合成電流ベクトル４０の向きも交流的に変化する。

ここでは第１のエレメント１１の開放端から、第２のエレメント１２の開放端へと電流が発生する場合について説明したが、上述のように電流が流れる向きが逆向きになる場合も同様であるため、合成電流ベクトル４０が地面に対してなす角度は地面に対して上方に向かってなす角度だけではなく、下方に向かってなす角度をも含む。
また、合成電流ベクトル４０は、交流的に変化する第１の電流ベクトル４１や、第２の電流ベクトル４２の強さが最も強くなる瞬間、つまり、一端から他端へと電流が流れる瞬間に発生する瞬間の電流ベクトルで決まる。

図４に示すように、アンテナ装置１０は、車両の長辺方向に対し略平行な側面部２２を備える支持部材２０の、側面部２２に設けられていてもよい。また、図４では、アンテナ装置１０は側面部２２に設けられている場合が例示されているが、側面部２３に設けられていてもよい。

支持部材２０は、樹脂等の絶縁性の材料で形成されることが好ましいが、アンテナ装置１０が形成され、アンテナとして動作する材料であればこの限りではない。

支持部材２０は、側面部２２に対向して設けられた側面部２３を有してもよく、支持部材が取り付けられる面に略平行な正面部２１を有していてもよい。

支持部材２０の形状は、直方体など、支持部材２０の正面からみた場合、左右方向のいずれかの側面にアンテナ装置１０が配置できるような側面を有していれば良いが、車両に無理なく配置できればこの限りではない。

アンテナ装置１０を備える支持部材２０は、車両の窓ガラス３０の上方、例えばフロントガラスやリヤガラスなどの車両の窓ガラス３０の内面の近傍に設けられていてもよい。

ここで、「車両の窓ガラス３０の内面の近傍」とは、本発明の効果を逸脱しない範囲を指すが、具体的には車両の室内であって、窓ガラス３０の面上および窓ガラス３０の周縁から通常１ｍ以内の内装材をいう。また、アンテナ装置１０を備える支持部材２０が窓ガラス３０の内面上に設けられる場合、アンテナ装置１０は窓ガラス３０に接していてもよいし、接していなくてもよい。

アンテナ装置１０を備える支持部材２０は、窓ガラス３０の内面上であって、かつ窓ガラス３０の周縁に配置すると、地面に水平な方向から到来する垂直偏波の受信特性や、送信特性を向上させることができて好適である。さらに、窓ガラス３０の面上に広がるようにアンテナ装置が形成されないため、外観や乗員の視野を損なうことがなく好適である。

アンテナ装置１０を備える支持部材２０が車両のフロントガラスの内面に設けられる場合は、支持部材２０の内部または支持部材２０の近傍に、レインセンサ等各種車載センサや車載カメラ等を配置してもよい。また、支持部材２０が各種車載センサや車載カメラ等を格納するブラケットの内部に設けられていてもよい。また、支持部材２０がルームミラーの取り付けベースであってもよい。

支持部材２０は、アンテナ装置１０を複数備えていてもよい。また、アンテナ装置１０は側面部２２のみならず、側面部２３にも設けられていてもよい。また、アンテナ装置１０を備える支持部材２０を車両に複数設けてもよい。

複数のアンテナ装置１０を互いに車幅方向に離間して複数配置した場合、車両の進行方向に対し、左右いずれの方向から到来する垂直偏波に対し良好な送受信特性を示すダイバーシティアンテナとして動作することができる。また、複数のアンテナ装置１０を備えることで、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ−Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）アンテナとして動作させてもよい。

図４に示すアンテナ装置１０において、第１のエレメント１１は、一端が開放端である線状または帯状の導体である。また、第２のエレメント１２は、一端が開放端である線状または帯状の導体である。そして、第１のエレメント１１と第２のエレメント１２は、開放端とは異なる端部で給電部１３に電気的に接続されている。ここで、「電気的に接続」とは、導体同士が直接接触して直流的に導通することと、導体同士が所定間隔離れてコンデンサを形成し、高周波的に導通することを含んでいる。

図４には、第１のエレメント１１や第２のエレメント１２が直線状である場合が例示されているが、第１のエレメント１１や第２のエレメント１２はメアンダ形状など、折れ曲がり形状を有していてもよく、また分岐点を有していてもよい。
また、図５に示すようにＵ字状など、第２のエレメント１２が、第１のエレメント１１の開放端側へ折り返されるような形状であってもよい。

図６に示すように、第１のエレメント１４の少なくとも一部が幅広導体であってもよい。このとき、幅広導体である第１のエレメントは、少なくとも一部が、前記側面部と隣接する面に設けられていることが好ましい。幅広導体である第１のエレメントは、支持部材２０の正面部２１に設けられていてもよいし、正面部と対向する取付部２６であってもよく、頂部２４であってもよく、底部２５であってもよい。

第１のエレメント１４が幅広導体である場合、幅広導体の端辺の少なくとも一部が、第２のエレメント１２が設けられている側面部２２の端辺に沿って設けられていることが好ましい。また、第１のエレメント１４の少なくとも一部が幅広導体であって、第２のエレメント１２が設けられている側面部２２の端辺に沿って設けられており、第１のエレメント１４が接地導体であると、アンテナ装置１０へより簡便な構成で給電することが可能になる。

図６に示すように、第１のエレメント１４の少なくとも一部が幅広導体であり、幅広導体の端辺の少なくとも一部が第２のエレメント１２が設けられている側面部２２の端辺に沿って設けられている場合、アンテナ装置１０に発生する電流は、第１のエレメント１４の側面部２２の端辺の先端部１５近傍から、第２のエレメント１２の開放端へと電流が発生する。

したがって、図６に示すように、第１のエレメント１４の少なくとも一部が幅広導体であり、幅広導体の端辺の少なくとも一部が第２のエレメント１２が設けられている側面部２２の端辺に沿って設けられている場合、アンテナ装置１０に発生する合成電流ベクトルは、第１のエレメント１４の先端部１５から給電部１３へ流れる電流分布と、第１のエレメント１４の先端部１５から給電部１３へ延伸する方向とで決まる第１の電流ベクトル４３と、給電部１３から第２のエレメント１２の端部へ流れる電流の分布と、給電部１３から第２のエレメント１２の端部へ延伸する方向とで決まる第２の電流ベクトル４４との合成電流ベクトルで決まる。

支持部材２０へアンテナ装置１０を配置する場合において、アンテナ装置１０に発生する合成電流ベクトル４０の向きが地面に対して９０°±４５°の範囲内の角度であると、地面に水平な方向から到来する垂直偏波の送受信特性が向上するため、アンテナ装置１０を取り付ける位置や角度のずれなどに関わらず、地面に水平な方向から到来する垂直偏波の送受信特性を向上することができ、位置ロバスト性を高めることができる。
なお、位置ロバスト性が高いとは、第１のエレメント１１及び第２のエレメント１２の配置位置などがずれても、アンテナ装置１０の動作や指向性に与える影響が低いことを意味する。また、第１のエレメント１１及び第２のエレメント１２の配置位置を決める自由度が高いため、アンテナ装置１０の設置位置や取り付け角度などを自由に設計できる点で有利である。

第１のエレメント１４の少なくとも一部が幅広導体であると、アンテナ装置１０の広帯域化が可能である。

図１２は、少なくとも一部が幅広導体である第１のエレメント１４を接地導体として用いた場合のアンテナ装置１０Ａの構成の一例を示す図である。アンテナ装置１０Ａは、少なくとも一部が幅広導体である第１のエレメント１４を備えるため、アンテナ装置１０Ａの広帯域化が可能である。少なくとも一部が幅広導体である第１のエレメント１４の端辺の少なくとも一部が、第２のエレメント１２が設けられている側面部２２の端辺に沿って設けられている。

アンテナ装置１０Ａは、逆Ｆ字状の第２のエレメント１２を備える。逆Ｆ字状の第２のエレメント１２は、給電素子８１と、給電素子８１に接続点１０１で接続される放射素子８２とを有する。給電素子８１は、放射素子８２に接触して給電する。給電素子８１は、例えば、給電部１３に接続される一端と、放射素子８２に接続点１０１で接続される他端とを有する直線状の素子である。放射素子８２は、例えば、接地導体として用いられる第１のエレメント１４に接続される一方の端部１０２と、一方の端部１０２とは反対側の他方の端部１０３とを有する、Ｌ字状の素子である。

アンテナ装置１０Ａに発生する合成電流ベクトルは、第１のエレメント１４の先端部１５から端部１０２に向かう第１の電流９１と、給電部１３から接続点１０１に向かう第２の電流９２と、端部１０２から端部１０３に向かう第３の電流９３とで決まる。

図１３は、少なくとも一部が幅広導体である第１のエレメント１４を接地導体として用いた場合のアンテナ装置１０Ｂの構成の一例を示す図である。アンテナ装置１０Ｂは、少なくとも一部が幅広導体である第１のエレメント１４を備えるため、アンテナ装置１０Ｂの広帯域化が可能である。少なくとも一部が幅広導体である第１のエレメント１４の端辺の少なくとも一部が、第２のエレメント１２が設けられている側面部２２の端辺に沿って設けられている。

第２のエレメント１２は、給電素子８３と、放射素子８４とを有する。給電素子８３は、放射素子８４に非接触で給電する。給電素子８３は、例えば、給電部１３に接続される一端と、当該一端とは反対側の開放端１０９とを有する、Ｌ字状の素子である。給電素子８３は、放射素子８４に非接触で給電可能な間隔を空けて放射素子８４と並走する部分を有する。放射素子８４は、例えば、接地導体として用いられる第１のエレメント１４に接続される一方の端部１０４と、一方の端部１０４とは反対側の他方の端部１０５とを有する、Ｌ字状の素子である。

アンテナ装置１０Ｂに発生する合成電流ベクトルは、第１のエレメント１４の先端部１５から端部１０４に向かう第１の電流９５と、給電部１３から開放端１０９に向かう第２の電流９４と、端部１０４から端部１０５に向かう第３の電流９６とで決まる。

図１４は、少なくとも一部が幅広導体である第１のエレメント１４を接地導体として用いた場合のアンテナ装置１０Ｃの構成の一例を示す図である。アンテナ装置１０Ｃは、少なくとも一部が幅広導体である第１のエレメント１４を備えるため、アンテナ装置１０Ｃの広帯域化が可能である。少なくとも一部が幅広導体である第１のエレメント１４の端辺の少なくとも一部が、第２のエレメント１２が設けられている側面部２２の端辺に沿って設けられている。

第２のエレメント１２は、給電素子８５と、放射素子８６とを有する。給電素子８５は、放射素子８６に非接触で給電する。給電素子８５は、例えば、給電部１３に接続される一端と、当該一端とは反対側の開放端１０６とを有する、Ｌ字状の素子である。給電素子８５は、放射素子８６に非接触で給電可能な間隔を空けて放射素子８６と並走する部分を有する。放射素子８６は、例えば、開放端１０６に遠い方の第１の開放端１０７と、開放端１０６に近い方の第２の開放端１０８とを有する、Ｕ字状の素子である。第２の開放端１０８は、給電素子８５と電気的に接続されている側の端部である。

アンテナ装置１０Ｃに発生する合成電流ベクトルは、第１のエレメント１４の先端部１５から給電素子８５の開放端１０６に向かう第１の電流９７と、第２の開放端１０８から第１の開放端１０７に向かう第２の電流９８とで決まる。

また、図６において、少なくとも一部が幅広導体である第１のエレメント１４が接地導体として用いられ且つ給電部１３が第１のエレメント１４の短辺に設けられている場合、第２のエレメント１２が、第１のエレメント１４の短辺に並走する導体部分と、第１のエレメントの長辺に並走する導体部分とを有する形態が好ましい。第２のエレメント１２がこの形態を備えることにより、アンテナ装置１０の広帯域化が可能となる。

例えば図１５は、第２のエレメント１２が、第１のエレメント１４の短辺１４ａに並走する導体部分１２ａと、第１のエレメント１４の長辺１４ｂに並走する導体部分１２ｂとを有する形態の一例を示す図である。第１のエレメント１４は、短辺１４ａと長辺１４ｂとを有する長方形状の幅広導体であり、ＹＺ平面に平行に配置されている。短辺１４ａは、第２のエレメント１２が設けられている側面部２２の端辺に沿って設けられている。

給電部１３は、短辺１４ａに設けられている。導体部分１２ａは、一端が給電部１３に接続されたＬ字状の素子であり、ＸＹ平面に平行に形成されている。導体部分１２ｂは、導体部分１２ａの他端に接続された直線状の素子であり、ＺＸ平面に平行に形成されている。

導体部分１２ａは短辺１４ａに沿って配置され且つ導体部分１２ｂは長辺１４ｂに沿って配置されている。これにより、接地導体の第１のエレメント１４を給電部１３から流れる電流は、第２のエレメント１２に流れる電流に対応して流れるため、短辺１４ａに沿って流れてから、長辺１４ｂに沿って流れる。その結果、接地導体の第１のエレメント１４の対角方向の電流経路１６が実現されるため、当該対角方向に向かう様々な複数の電流経路長が取り得ることとなり、アンテナ装置の広帯域性が発現する。

これに対し、図１６は、第２のエレメント１２が、第１のエレメント１４の短辺１４ａに並走する導体部分を有さない形態の一例を示す図である。第２のエレメント１２は、長辺１４ｂに垂直な導体部分１２ｃと、長辺１４ｂに並走する導体部分１２ｄとを有する形態の一例を示す図である。給電部１３は、長辺１４ｂに設けられている。導体部分１２ｃは、一端が給電部１３に接続された直線状の素子であり、ＺＸ平面に平行に形成されている。導体部分１２ｄは、導体部分１２ｃの他端に接続された直線状の素子であり、ＺＸ平面に平行に形成されている。

図１６の場合、接地導体の第１のエレメント１４を給電部１３から流れる電流は、第２のエレメント１２に流れる電流に対応して流れるため、長辺１４ｂに沿って流れる。その結果、接地導体の第１のエレメント１４の長辺１４ｂに平行な長手方向のみの電流経路１７しか発生しないので、アンテナ装置の広帯域性が発現し難い。

第２の実施形態
図７は、本発明の第２の実施形態であるアンテナ装置５０を示す模式図である。
アンテナ装置５０は、一端が開放端であり他端がエレメント５５と接続されるエレメント５４と、一端がエレメント５４に接続され他端が給電部５３に接続されるエレメント５５とで構成される第１のエレメント５１と、一端が給電部５３に接続され他端がエレメント５７に接続されるエレメント５６と、一端がエレメント５６に接続され他端が開放端であるエレメント５７とで構成される第２のエレメント５２と、給電部５３とを備える。第１のエレメント５１と第２のエレメント５２は、給電部５３より高周波の電流が給電されると、第１のエレメント５１と第２のエレメント５２に電流が流れる。そして、第１のエレメント５１と第２のエレメント５２の近傍に磁界が発生し、磁界面と直交する電界面が発生する。

図７に示されているように、アンテナ装置５０に発生する電界面は、図７におけるＹＺ面と平行に形成される。このとき、図７におけるＹＺ面と、車両の長辺方向（Ｙ軸方向）とがなす角度が±４５°の範囲内であると、車両において地面に水平な方向（Ｙ軸方向）から到来する垂直偏波７０の電界面とのなす角度が±４５°の範囲内となるため、地面に水平方向（Ｙ軸方向）から飛来する垂直偏波７０の送受信特性が向上する。好ましくは±３０°の範囲内の角度であり、より好ましくは±２０°の範囲内の角度である。

図８を用いて、本発明の第２の実施形態であるアンテナ装置５０の動作について説明する。
第２の実施形態のアンテナ装置５０において、一端が開放端であり他端がエレメント５５と接続されるエレメント５４と、一端がエレメント５４に接続され他端が給電部５３に接続されるエレメント５５とで構成される第１のエレメント５１と、一端が給電部５３に接続され他端がエレメント５７に接続されるエレメント５６と、一端がエレメント５６に接続され他端が開放端であるエレメント５７とで構成される第２のエレメント５２とは、それぞれ給電部５３に電気的に接続されている。

給電部５３は、不図示の信号処理回路にアンテナ装置５０を接続するための部位である。図８では、給電部５３はエレメント５５とエレメント５６の間に配置されているが、アンテナ装置５０がダイポールアンテナとして動作する部位であればこの限りではない。

図８に示すように、給電部５３よりアンテナ装置５０が給電されると、エレメント５４の開放端からエレメント５７の開放端へと電流が発生する。この時、エレメント５４の端部から給電部５３へ向うに従って電流分布が強くなり、給電部５３からエレメント５７の端部に向うに従って電流分布は弱くなる。理想的にはエレメント５４の端部とエレメント５７の端部では、電流は限りなく０になる。

エレメント５４には、エレメント５４の端部からエレメント５５と接続される部位へ流れる電流の分布と、エレメント５４の端部からエレメント５５と接続される部位へ延伸する方向とで決まる第１の電流ベクトル６１が発生する。

エレメント５５と給電部５３とエレメント５６とで構成される部位には、エレメント５４とエレメント５５とが接続される部位からエレメント５６とエレメント５７とが接続される部位へ流れる電流分布と、エレメント５４とエレメント５５とが接続される部位からエレメント５６とエレメント５７とが接続される部位へ延伸する方向とで決まる、第２の電流ベクトル６２が発生する。

エレメント５７には、エレメント５６とエレメント５７とが接続される部位からエレメント５７の開放端へ流れる電流分布と、エレメント５６とエレメント５７とが接続される部位からエレメント５７の開放端へ延伸する方向とで決まる、第３の電流ベクトル６３が発生する。

エレメント５４とエレメント５７とが平行に配置されている場合、図９に示すように、第１の電流ベクトル６１と第３の電流ベクトル６３は、方向が逆向きのベクトルとなる。従って、アンテナ装置５０の合成電流ベクトル６０は、第１の電流ベクトル６１と第３の電流ベクトル６３との差分と、第２の電流ベクトル６２との合成が、合成電流ベクトル６０となる。

図９に示すように、アンテナ装置５０に発生する合成電流ベクトル６０の向きが、地面に対して９０°±４５°の範囲内の角度であると、地面に水平な方向から到来する垂直偏波の送受信特性が向上する。好ましくは９０°±３０°の範囲内の角度であり、より好ましくは、９０°±２０°の範囲内の角度である。

なお、図８ではエレメント５４とエレメント５７が平行な場合が例示されているが、エレメント５４とエレメント５７は平行でなくともよく、また、折れ曲がりや分岐があってもよい。

第１の実施形態および第２の実施形態で説明したように、本発明のアンテナ装置を車両に取り付ける場合、第１のエレメントと第２のエレメントを車両の窓ガラスの面上に設ける必要がないため、地面に水平な方向から到来する垂直偏波の送受信特性が車両の窓ガラスの取り付け角に依存することなく、地面に水平な方向から到来する垂直偏波の送受信特性を向上させることができる。

さらに、本発明のアンテナ装置は、特許文献２のように、第１のエレメントまたは第２のエレメントを車室側に折り曲げる必要もないため、簡便な方法で車両に取り付けることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳説したが、本発明は上述した実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施形態に種々の変形、改良及び置換を加えることができる。

図１０に示すアンテナ装置５０の各エレメントの寸法は、エレメント５４が６０ｍｍ、エレメント５５が２０ｍｍ、エレメント５６が２０ｍｍ、エレメント５７が１００ｍｍである。

図１１は、図１０に示すアンテナ装置５０の合成電流ベクトル６０が地面に対して垂直方向（９０°）つまりｚ軸方向である場合の指向性を示す計算結果である。
なお、計算には、電磁界シミュレータとして、Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｓｔｕｄｉｏ（登録商標）（ＣＳＴ社）を使用した。

表１及び図１１は、図１０に示すアンテナ装置５０の合成電流ベクトル６０が地面に対して垂直方向（９０°）つまりＺ軸方向である場合の利得と、アンテナ装置５０を＋Ｙ軸方向および−Ｙ軸方向に傾けていった場合の利得との差分の計算結果である。表１及び図１１は、図１０に示すアンテナ装置５０の合成電流ベクトル６０が地面に対して垂直、つまりＺ軸方向となる場合の利得と、アンテナ装置５０を＋Ｘ軸方向（紙面に対し奥行き方向）および−Ｘ軸方向に（紙面に対し手前方向）傾けていった場合の利得との差分の計算結果である。

表１、図１１に示すように、アンテナ装置５０を＋Ｙ軸方向に４５°傾けた場合、合成電流ベクトル６０の向きが９０°の時の利得に対し、利得が２．４２ｄＢ下がっていることが分かる。アンテナ装置５０を−Ｙ軸方向に４５°傾けた場合、合成電流ベクトル６０の向きが９０°の時の利得に対し、利得が１．７２ｄＢ下がっていることが分かる。
また、アンテナ装置５０を＋Ｘ軸方向に４５°傾けた場合、合成電流ベクトル６０の向きが９０°の時の利得に対し、利得が３．００ｄＢ下がっていることが分かる。アンテナ装置５０を−Ｘ軸方向に４５°傾けた場合、合成電流ベクトル６０の向きが９０°の時の利得に対し、利得が３．００ｄＢ下がっていることが分かる。

つまり、アンテナ装置５０に発生する合成電流ベクトル６０の向きが、地面に対して＋Ｙ軸方向や−Ｙ軸方向だけではなく、＋Ｘ軸方向や−Ｘ軸方向に傾いた場合でも、傾け角度が４５°までであれば、利得は３．００ｄＢしか下がらないことが分かる。

以上より、アンテナ装置５０に発生する合成電流ベクトル６０の向きは、地面に対し９０°±４５°の範囲内の角度であれば、地面に水平な方向から到来する垂直偏波に対し良好な送受信特性が得られることが分かる。

本発明は、ＩＴＳ用のアンテナなど、７００ＭＨｚ帯〜６ＧＨｚ帯の垂直偏波の電波を送受信するアンテナに好適に用いることができる。

本国際出願は、２０１４年１０月３日に出願した日本国特許出願第２０１４−２０４６３５号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第２０１４−２０４６３５号の全内容を本国際出願に援用する。

１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、５０ アンテナ装置
２０ 支持部材
２１ 正面部
２２、２３ 側面部
２４ 頂部
２５ 底部
２６ 取付部
１１、１４、５１ 第１のエレメント
１２、５２ 第２のエレメント
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ 導体部分
１３、５３ 給電部
１４ａ 短辺
１４ｂ 長辺
１５ 先端部
３０ 車両の窓ガラス
４０、６０ 合成電流ベクトル
４１、６１ 第１の電流ベクトル
４２、６２ 第２の電流ベクトル
６３ 第３の電流ベクトル
５４、５５、５６、５７ エレメント
７０ 垂直偏波
８１、８３、８５ 給電素子
８２、８４、８６ 放射素子
９１、９５、９７ 第１の電流
９２、９４、９８ 第２の電流
９３、９６ 第３の電流
１０１ 接続点
１０２，１０３，１０４，１０５ 端部
１０９、１０６ 開放端
１０７ 第１の開放端
１０８ 第２の開放端

Claims (17)

1. 車両に設けられるアンテナ装置であって、
   前記アンテナ装置は、直線状の第１のエレメントと直線状の第２のエレメントと給電部を備えるダイポールアンテナであり、
   前記ダイポールアンテナは、前記給電部から前記第１のエレメントと前記第２のエレメントに高周波電流を供給することで、前記第１のエレメントと前記第２のエレメントに沿ってできる電界面を発生させ、
   前記アンテナ装置が前記車両に取り付けられたとき、前記電界面と、前記車両の長辺方向とがなす角が±４５°の範囲内であり、
   前記アンテナ装置が前記車両に取り付けられたとき、前記第１のエレメントに発生する電流の向きと強さで決まる第１の電流ベクトルと、前記第２のエレメントに発生する電流の向きと強さで決まる第２の電流ベクトルとの合成電流ベクトルの向きが、地面に対して９０°±４５°の範囲内の角度を有する、アンテナ装置。
2. 車両に設けられるアンテナ装置であって、
   前記アンテナ装置は、折れ曲がり形状を有する第１のエレメントと折れ曲がり形状を有する第２のエレメントと給電部を備えるダイポールアンテナであり、
   前記ダイポールアンテナは、前記給電部から前記第１のエレメントと前記第２のエレメントに高周波電流を供給することで、前記第１のエレメントと前記第２のエレメントに沿ってできる電界面を発生させ、
   前記アンテナ装置が前記車両に取り付けられたとき、前記電界面と、前記車両の長辺方向とがなす角が±４５°の範囲内であり、
   前記アンテナ装置が前記車両に取り付けられたとき、前記第１のエレメントに発生する電流の向きと強さで決まる第１の電流ベクトルと、前記第２のエレメントに発生する電流の向きと強さで決まる第２の電流ベクトルとの合成電流ベクトルの向きが、地面に対して９０°±４５°の範囲内の角度を有する、アンテナ装置。
3. 前記第１のエレメントと前記第２のエレメントとによって形成されたＵ字状の形状を有する、請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 前記車両の長辺方向に対し略平行な側面部を備える支持部材の前記側面部に、前記第１のエレメントと前記第２のエレメントと前記給電部とが設けられている請求項１から３のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
5. 前記支持部材が、前記車両の窓ガラスの内面に取り付けられている請求項４に記載のアンテナ装置。
6. 前記窓ガラスが、前記車両のフロントガラスまたはリヤガラスである請求項５に記載のアンテナ装置。
7. 車両に設けられるアンテナ装置であって、
   前記アンテナ装置は、第１のエレメントと第２のエレメントと給電部を備えるダイポールアンテナであり、
   前記第１のエレメントは、少なくとも一部が幅広導体であり、
   前記ダイポールアンテナは、前記給電部から前記第１のエレメントと前記第２のエレメントに高周波電流を供給することで、前記幅広導体の先端部から前記給電部への方向と前記第２のエレメントに沿ってできる電界面を発生させ、
   前記アンテナ装置が前記車両に取り付けられたとき、前記電界面と、前記車両の長辺方向とがなす角が±４５°の範囲内であり、
   前記アンテナ装置が前記車両に取り付けられたとき、前記第１のエレメントに発生する電流の向きと強さで決まる第１の電流ベクトルと、前記第２のエレメントに発生する電流の向きと強さで決まる第２の電流ベクトルとの合成電流ベクトルの向きが、地面に対して９０°±４５°の範囲内の角度を有する、アンテナ装置。
8. 前記車両の長辺方向に対し略平行な側面部を備える支持部材の前記側面部に、前記第１のエレメントと前記第２のエレメントと前記給電部とが設けられている請求項７に記載のアンテナ装置。
9. 前記支持部材が、前記車両の窓ガラスの内面に取り付けられている請求項８に記載のアンテナ装置。
10. 前記窓ガラスが、前記車両のフロントガラスまたはリヤガラスである請求項９に記載のアンテナ装置。
11. 前記幅広導体の少なくとも一部が、前記車両の長辺方向に対し略平行な前記側面部と隣接する面に設けられている請求項８から１０のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
12. 前記幅広導体の端辺の少なくとも一部が、前記車両の長辺方向に対し略平行な前記側面部に設けられている請求項８から１１のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
13. 前記幅広導体が、接地導体である請求項７から１２のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
14. 前記第１のエレメントと前記第２のエレメントは、ともに一端が開放端であり、前記第１のエレメント及び前記第２のエレメントは、前記開放端とは異なる端部で前記給電部に電気的に接続されている請求項１から１３のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
15. 前記第１のエレメントと前記第２のエレメントは、７００ＭＨｚ帯〜６ＧＨｚ帯の電波を送受信可能である請求項１から１４のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
16. 請求項１から１５のいずれか一項に記載のアンテナ装置を備える車載用アンテナ。
17. 請求項１から１５のいずれか一項に記載のアンテナ装置を複数有する、車載用アンテナ。

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