JP6936686B2

JP6936686B2 - アンテナ装置

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Publication number: JP6936686B2
Application number: JP2017192371A
Authority: JP
Inventors: 岳人椎名
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2017-10-02
Filing date: 2017-10-02
Publication date: 2021-09-22
Anticipated expiration: 2037-10-02
Also published as: JP2019068279A

Description

本発明は、アンテナ装置、特に、ルーフレールを備えた車両に搭載されるアンテナ装置に関する。

特許文献１には、車両のルーフに取り付けられるアンテナ装置が開示されている。特許文献１のアンテナ装置は、車両から突出している高さが低く（例えば、約７０ｍｍ以下）、先端に行くほど低くなるとともに側面も内側に絞った流線形のアンテナケースにアンテナ部が収容されている。これにより、このアンテナ装置は、車庫入れ時や洗車時にアンテナ部が破損することを防止している。

特許第５２３７６１７号公報

ルーフレールを備えた車両のルーフに特許文献１のアンテナ装置を取り付けた場合、アンテナ装置から送受信される電波がルーフレールによって干渉し、アンテナ装置による車両の全方位通信が阻害されるという問題がある。

そこで、本発明は、ルーフレールによる電波の干渉を抑制し、全方位通信が可能なアンテナ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のアンテナ装置は、ルーフレールを備える車両に設けられ、電波を送受信するアンテナエレメントと、アンテナエレメントによって送受信される電波の特性を変化させる電波特性切り替え制御部と、を有する。

アンテナエレメントを車両のルーフに平行な面に沿って移動させる移動部を有し、電波特性切り替え制御部は、移動部を駆動させて、アンテナエレメントを周期的に移動させてもよい。

アンテナエレメントを収容する本体部を有し、本体部を車両のルーフに平行な面に沿って移動させる移動部を有し、電波特性切り替え制御部は、移動部を駆動させて、本体部を周期的に移動させることでアンテナエレメントを周期的に移動させてもよい。

アンテナエレメントは、車両のルーフに平行な面に沿って複数設けられており、電波特性切り替え制御部は、複数のアンテナエレメントの中から通信を行うアンテナエレメントを周期的に切り替えてもよい。

本発明によれば、ルーフレールによる電波の干渉を抑制し、全方位通信が可能となる。

第１実施形態によるアンテナ装置が設けられた車両の構成を示す平面概略図である。アンテナ装置の構成を示す概略図である。移動部の構成の一例を示す斜視図である。アンテナエレメントから放射される電波の利得の一例を示す図である。アンテナエレメントから放射される電波の利得の別の一例を示す図である。第２実施形態によるアンテナ装置の構成を示す概略図である。第３実施形態によるアンテナ装置の構成を示す概略図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態によるアンテナ装置１が設けられた車両２の構成を示す平面概略図である。図１では、信号の流れを破線の矢印で示している。以下、車両２を基準として、進行方向を前方向とし、後進方向を後方向とし、進行方向に対して左の方向を左方向とし、進行方向に対して右の方向を右方向とする。

車両２のルーフ３には、２本のルーフレール１０Ｌ、１０Ｒが設けられている。ルーフレール１０Ｌ、１０Ｒは、車幅方向に離隔して車両２の前後方向に延在している。ルーフレール１０Ｌは、ルーフ３上において、左側端付近に配置されており、ルーフレール１０Ｒは、ルーフ３上において、右側端付近に配置されている。ルーフレール１０Ｌ、１０Ｒを区別しないときは、ルーフレール１０と表記する。

アンテナ装置１は、本体部２０、通信部３０および制御部４０を含んで構成される。本体部２０は、ルーフ３上において、ルーフレール１０Ｌとルーフレール１０Ｒとの間であり、車両２の後方中央付近に配置されている。通信部３０および制御部４０は、例えば、車両２に搭載される車車間通信ユニット５０により構成される。

図２は、アンテナ装置１の構成を示す概略図である。本体部２０は、内部に空間が形成されたケースである。本体部２０は、前後方向の長さに対して幅が短くなっており、上方の先端および前方の先端に行くほど幅が漸減している。本体部２０は、高さ寸法がルーフレール１０の高さ寸法よりも小さくなっており、前方の先端に行くほど高さ寸法が漸減している。すなわち、本体部２０は、流線形のシャークフィンのような形状となっている。

本体部２０内には、アンテナエレメント２１および移動部２２が収容されている。アンテナエレメント２１は、移動部２２に連結されている。アンテナエレメント２１は、移動部２２上で起立している。アンテナエレメント２１は、移動部２２を介して、通信部３０および制御部４０に電気的に接続されている。アンテナエレメント２１は、電波の送受信を行う。

通信部３０は、アンテナエレメント２１が受信した電波による信号を受け取るとともに、信号をアンテナエレメント２１に出力して電波を送信させる。このようにして、通信部３０は、周囲の車両（例えば、先行車両など）と通信を行う。

移動部２２は、アンテナエレメント２１をルーフ３に平行な面に沿って移動させる。具体的には、移動部２２は、アンテナエレメント２１を車両２の前後方向に移動させる。

図３は、移動部２２の構成の一例を示す斜視図である。移動部２２は、筐体２３、ベルト２４およびモータ２５を含んで構成される。筐体２３は、内部に空間が設けられた直方体状に形成されている。筐体２３は、本体部２０内の底面に固定される。筐体２３は、長手方向が車両２の前後方向に重なるように配置される。筐体２３の上面には、長手方向に延びるスリット２６が設けられている。筐体２３の内部には、ベルト２４およびモータ２５が収容されている。ベルト２４は、帯状部材の両端が接合されたループ状に形成されており、スリット２６に沿って配置される。モータ２５は、制御部４０からの信号に応じて作動し、ベルト２４を回転させる。

アンテナエレメント２１は、底部の少なくとも一部がスリット２６に挿入され、ベルト２４に固定される。このため、アンテナエレメント２１は、ベルトの回転に応じて、スリット２６に沿って移動可能となっている。図３では、前方寄りに配置された場合のアンテナエレメント２１を実線で示し、後方寄りに配置された場合のアンテナエレメント２１を破線で示している。

制御部４０は、ＣＰＵ、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含む半導体集積回路で構成される。

制御部４０は、移動部２２を駆動させて、アンテナエレメント２１を移動させる。具体的には、制御部４０は、移動部２２のモータ２５を駆動させて、ベルト２４を回転させる。ベルト２４が回転すると、アンテナエレメント２１が車両２の前後方向に移動することとなる。

制御部４０は、アンテナエレメント２１を周期的に移動させる。ここで、アンテナエレメント２１が最も前方寄りに移動したときの位置を第１位置とする。また、アンテナエレメント２１が最も後方寄りに移動したときの位置を第２位置とする。アンテナエレメント２１は、第１位置から第２位置への移動と、第２位置から第１位置への移動とを繰り返す。

具体的には、制御部４０は、第１位置と第２位置との距離が約２ｃｍとなるようにアンテナエレメント２１を移動させる。第１位置と第２位置との距離は、アンテナエレメント２１の移動についての振幅に相当する。また、制御部４０は、第１位置から第２位置を経由して再び第１位置に戻るまでの時間が約０．５秒となるようにアンテナエレメント２１を移動させる。換言すると、制御部４０は、周波数が約２Ｈｚ（１周期あたり約０．５秒）となるようにアンテナエレメント２１を移動させる。

振幅を約２ｃｍとした理由は以下の通りである。第１位置に配置されたアンテナエレメント２１から放射される電波が、ルーフレール１０の前方先端に当たる方位を、第１方位とする。また、第２位置に配置されたアンテナエレメント２１から放射される電波が、ルーフレール１０の前方先端に当たる方位を、第２方位とする。第１位置と第２位置との距離（振幅）は、第１方位と第２方位とが１°ずれるときの値に設定される。ルーフレールの長さを１ｍとすれば、第１方位と第２方位とが１°ずれるときの第１位置と第２位置との距離（振幅）は、約２ｃｍとなる。第１方位と第２方位とが１°ずれると、第１位置に配置されたアンテナエレメント２１から放射される電波の電界強度分布と、第２位置に配置されたアンテナエレメント２１から放射される電波の電界強度分布とが異なるものとなる。このように、アンテナエレメント２１の移動の振幅は、電界強度分布が変わるような値に決定される。

ここで、アンテナエレメント２１から放射された電波の一部は、ルーフレール１０に当たる。ルーフレール１０に当たった電波は、ルーフレール１０によって屈折および反射される。屈折および反射された電波は、アンテナエレメント２１から直進する電波と干渉する。屈折および反射された電波の位相が直進する電波の位相から約半波長ずれると、屈折および反射された電波と直進する電波とが互いに打ち消し合うように作用する。これにより、車両２の水平方向のうちの電波が打ち消し合うように作用した方向において、電波の電界強度および利得が低下する。その結果、電波の電界強度および利得が低下する方位の車両に電波が届かないおそれがある。電波が届かなくなると、その車両との通信が途絶することとなる。

図４は、アンテナエレメント２１から放射される電波の利得の一例を示す図である。図５は、アンテナエレメント２１から放射される電波の利得の別の一例を示す図である。図４は、アンテナエレメント２１が第１位置に移動した場合を示す。図５は、アンテナエレメント２１が第２位置に移動した場合を示す。図４および図５では、電波の利得が、車両２を中心とした水平方向の全方位について示されている。図４および図５において、０°は、前方向を示し、９０°は右方向を示し、１８０°は後方向を示し、２７０°は左方向を示す。利得は電界強度を測定して得られるため、図４および図５は、電界強度分布を示すものでもある。

図４の例では、破線で囲まれたエリアＡ１で示すように、約１２０°の方向において利得が大幅に低下している。また、図４の例では、破線で囲まれたエリアＡ２で示すように、約２６０°の方向において利得が大幅に低下している。第１位置にアンテナエレメント２１が配置されているときは、これら約１２０°の方向および約２６０°の方向において、通信が途絶する可能性が高い。

これに対し、図５の例では、破線で囲まれたエリアＡ３で示すように、約７５°の方向において利得が大幅に低下している。また、図５の例では、破線で囲まれたエリアＡ４で示すように、約２８５°の方向において利得が大幅に低下している。第２位置にアンテナエレメント２１が配置されているときは、これら約７５°の方向および２８５°の方向において、通信が途絶する可能性が高い。

図４および図５を比較すれば明らかなように、第１位置に移動したアンテナエレメント２１における利得が低下する方向（図４参照）と、第２位置に移動したアンテナエレメント２１における利得が低下する方向（図５参照）とが異なる。すなわち、第１位置に移動したアンテナエレメント２１を介した通信が途絶する方向と、第２位置に移動したアンテナエレメント２１を介した通信が途絶する方向とが異なる。このように、利得が低下する方位（通信が途絶する可能性の高い方位）は、アンテナエレメント２１の位置が移動することで変わる。

例えば、１２０°の方向にいる車両と通信をする場合、アンテナエレメント２１が第１位置に移動すると、通信が途絶する可能性が高い。しかし、その後、アンテナエレメント２１が第２位置に移動すれば、１２０°の方向の利得の低下が解消される。これにより、１２０°の方向にいる車両との通信が回復可能となる。

アンテナエレメント２１の移動の周波数は、通信の途絶の発生時間に基づいて決定される。具体的には、アンテナエレメント２１の移動の周波数は、５００ｍｓの通信の途絶を発生させないように決定される。このため、アンテナエレメント２１を、５００ｍｓの時間が経過する前までに、第１位置から第２位置に移動させるようにする。このことから、アンテナエレメント２１の移動の周波数を約２Ｈｚとした。

このように、制御部４０は、移動部２２によってアンテナエレメント２１を振幅約２ｃｍおよび周波数約２Ｈｚで移動させる。これにより、電波の利得が低下する方位が変わり、５００ｍｓの通信の途絶の発生がなくなる。

アンテナ装置１では、瞬間的には、ルーフレール１０によって電波が干渉し、電波の利得が低下する方位が生じる。しかし、アンテナ装置１では、電波の利得が低下する方位が時間とともに変化する。このため、アンテナ装置１では、所定の時間（例えば、５秒など）で平均すると、全方位について通信が可能となる。したがって、アンテナ装置１によれば、ルーフレール１０による電波の干渉を抑制し、全方位通信が可能となる。

制御部４０は、アンテナエレメント２１の移動によって、電波の利得が低下する方位を変化させている。このため、制御部４０は、アンテナエレメント２１によって送受信される電波の特性を変化させる電波特性切り替え制御部として機能する。

なお、移動部２２は、アンテナエレメント２１を移動可能であればよく、ベルト２４を含む構成に限らない。

また、移動部２２は、アンテナエレメント２１を車両２の前後方向に移動させる態様に限らない。例えば、移動部２２は、アンテナエレメント２１を車両２の左右方向に移動させてもよい。

また、振幅は約２ｃｍに限らない。例えば、制御部４０は、約２ｃｍよりも大きな振幅でアンテナエレメント２１を移動させてもよい。また、例えば、アンテナエレメント２１を左右方向に移動させる場合、最も左側の位置および最も右側の位置を第１位置および第２位置として、振幅を決定してもよい。

また、周波数は約２Ｈｚに限らない。例えば、制御部４０は、約２Ｈｚよりも大きな周波数でアンテナエレメント２１を移動させてもよい。

（第２実施形態）
図６は、第２実施形態によるアンテナ装置１００の構成を示す概略図である。アンテナ装置１００は、移動部２２に代えて、移動部１２２を有する点において第１実施形態のアンテナ装置１と異なる。

移動部１２２は、本体部２０の底部における外部側の面に連結される。移動部１２２は、ルーフ３に設けられる。移動部１２２は、本体部２０をルーフ３に平行な面に沿って移動させる。具体的には、移動部１２２は、本体部２０を車両２の前後方向に移動させる。移動部１２２は、例えば、第１実施形態の移動部２２と同様な構成となっている。アンテナ装置１００では、本体部２０の底部の少なくとも一部が、移動部１２２のベルト２４に固定される。また、アンテナエレメント２１は、本体部２０の底部における内部側の面に固定される。

制御部４０は、移動部１２２を駆動させて、本体部２０を移動させる。図６では、後方へ移動後の本体部２０の一部を破線で示す。本体部２０が移動することで、結果として、アンテナエレメント２１が移動することとなる。制御部４０は、例えば、移動部１２２によって本体部２０を振幅約２ｃｍおよび周波数約２Ｈｚで移動させる。

アンテナ装置１００では、第１実施形態と同様に、電波の利得が低下する方位が時間とともに変化する。このため、アンテナ装置１００では、所定の時間で平均すると、全方位について通信が可能となる。したがって、アンテナ装置１００によれば、ルーフレール１０による電波の干渉を抑制し、全方位通信が可能となる。

制御部４０は、本体部２０の移動によって、結果的に、アンテナエレメント２１を移動させ、電波の利得が低下する方位を変化させている。このため、制御部４０は、アンテナエレメント２１によって送受信される電波の特性を変化させる電波特性切り替え制御部として機能する。

なお、移動部１２２は、本体部２０を車両２の前後方向に移動させる態様に限らない。例えば、移動部１２２は、本体部２０を車両２の左右方向に移動させてもよい。

また、本体部２０の移動の振幅は約２ｃｍに限らない。また、本体部２０の移動の周波数は約２Ｈｚに限らない。

（第３実施形態）
図７は、第３実施形態によるアンテナ装置２００の構成を示す概略図である。アンテナ装置２００は、アンテナエレメント２１が複数設けられ、移動部２２が設けられない点において第１実施形態のアンテナ装置１と異なる。

複数のアンテナエレメント２１は、本体部２０の底部における内部側の面に固定される。複数のアンテナエレメント２１は、ルーフ３に平行な面に沿って配置される。具体的には、複数のアンテナエレメント２１は、車両２の前後方向に並べられる。図７の例では、３個のアンテナエレメント２１が車両２の前後方向に等間隔で並べられている。例えば、複数のアンテナエレメント２１は、最も前方寄りのアンテナエレメント２１の位置（第１位置）と、最も後方寄りのアンテナエレメント２１の位置（第２位置）との距離が、約２ｃｍとなるように並べられる。

複数のアンテナエレメント２１は、通信部３０に電気的に接続される。制御部４０は、通信部３０に電気的に接続される。

制御部４０は、複数のアンテナエレメント２１の中から通信を行うアンテナエレメント２１を決定する。また、制御部４０は、通信を行うアンテナエレメント２１を周期的に切り替える。例えば、制御部４０は、通信を行うアンテナエレメント２１を、第１位置から第２位置に向かう方向に順に切り替える。また、制御部４０は、通信を行うアンテナエレメント２１を、第２位置から第１位置に向かう方向に順に切り替える。制御部４０は、これらを、交互に繰り返す。制御部４０は、第１位置から第２位置を経由して再び第１位置に戻るまでの時間が約０．５秒となるように、通信を行うアンテナエレメント２１の切り替えを行う。換言すると、制御部４０は、周波数が約２Ｈｚとなるようにアンテナエレメント２１を切り替える。

アンテナ装置２００では、通信を行うアンテナエレメント２１が周期的に切り替わる。このため、アンテナ装置２００では、アンテナエレメント２１が周期的に移動することと同じ作用が生じる。すなわち、アンテナ装置２００では、第１実施形態と同様に、電波の利得が低下する方位が時間とともに変化する。このため、アンテナ装置２００では、所定の時間で平均すると、全方位について通信が可能となる。したがって、アンテナ装置２００によれば、ルーフレール１０による電波の干渉を抑制し、全方位通信が可能となる。

制御部４０は、通信を行うアンテナエレメント２１の切り替えによって、結果的に、アンテナエレメント２１を移動させることと同じ作用を生じさせ、電波の利得が低下する方位を変化させている。このため、制御部４０は、アンテナエレメント２１によって送受信される電波の特性を変化させる電波特性切り替え制御部として機能する。

なお、アンテナエレメント２１の数は、３個に限らない。

また、複数のアンテナエレメント２１の配列方向は、車両２の前後方向に限らない。例えば、複数のアンテナエレメント２１は、車両２の左右方向に並べられてもよい。

また、複数のアンテナエレメント２１における第１位置および第２位置の間隔は約２ｃｍに限らない。また、通信を行うアンテナエレメント２１の切り替えの周波数は約２Ｈｚに限らない。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

各実施形態において、通信部３０および制御部４０は、車車間通信ユニット５０により構成された。しかし、通信部３０および制御部４０は、車車間通信ユニット５０とは別体として設けられてもよい。

各実施形態では、電波の利得が低下する方位という電波の特性が、時間的に変化していた。しかし、制御部４０は、その他の電波の特性を変化させてもよい。例えば、制御部４０は、電波の指向性を変化させてもよい。また、制御部４０は、電波の出力を変化させてもよい。

本発明は、アンテナ装置、特に、ルーフレールを備えた車両に搭載されるアンテナ装置に利用できる。

１アンテナ装置
２０本体部
２１アンテナエレメント
２２移動部
４０制御部

Claims

ルーフレールを備える車両に設けられ、電波を送受信するアンテナエレメントと、
前記アンテナエレメントによって送受信される電波の特性を変化させる電波特性切り替え制御部と、
を有するアンテナ装置。
前記アンテナエレメントを前記車両のルーフに平行な面に沿って移動させる移動部を有し、
前記電波特性切り替え制御部は、前記移動部を駆動させて、前記アンテナエレメントを周期的に移動させる請求項１に記載のアンテナ装置。
前記アンテナエレメントを収容する本体部を有し、
前記本体部を前記車両のルーフに平行な面に沿って移動させる移動部を有し、
前記電波特性切り替え制御部は、前記移動部を駆動させて、前記本体部を周期的に移動させることで前記アンテナエレメントを周期的に移動させる請求項１に記載のアンテナ装置。
前記アンテナエレメントは、前記車両のルーフに平行な面に沿って複数設けられており、
前記電波特性切り替え制御部は、複数の前記アンテナエレメントの中から通信を行うアンテナエレメントを周期的に切り替える請求項１に記載のアンテナ装置。