WO2022270314A1 - 車両用無線装置 - Google Patents

Abstract

車両用無線装置（１００）は、回路基板（３）の上側面には、回路基板（３）に対して対向する基板平行部（４２）を備える（Ｌ）字型のアンテナ（４）を備える。回路基板（３）の下側面には、基板平行部（４２）と重なる領域を避けるように、地板としての役割を担うグランドパターン（３５）が形成されている。また、ケースの底面部（１１）において基板平行部（４２）と重なる部分は樹脂製となっており、電波を透過するように設定されている。これにより、基板平行部（４２）にとっての背面導体板から基板平行部（４２）までの距離を長めに確保可能となる。その結果、車体金属に沿う方向へ電波が伝搬しやすくなる。

Description

車両用無線装置 関連出願の相互参照

　この出願は、２０２１年６月２２日に日本に出願された特許出願第２０２１－１０３５００号を基礎としており、基礎の出願の内容を、全体的に、参照により援用している。

　本開示は、ユーザに携帯される携帯端末や他車両などの外部装置と無線通信を実施するための車両用無線装置に関する。

　特許文献１には、２．４５ＧＨｚなどの電波を用いて携帯機と車両とが無線通信を実施するシステムにおいて、複数の車載アンテナにおける携帯機からの信号の受信状況に基づいて携帯機が車室内に存在するか否かを判定する構成が開示されている。

特開２０１２－１７２３３４号公報

　特許文献１に開示されているように、ユーザが所持する携帯端末からの信号の受信状態（例えば受信強度）は、車両に対するユーザの接近の検出や、車両に対するユーザの相対位置の推定に使用することができる。そのような用途を鑑みると、車両用無線装置としては、ユーザが車両近傍にいる場合には、その位置／方向によらずに、携帯端末と良好に通信可能に構成されていることが好ましい。

　しかしながら、例えば２．４ＧＨｚ帯の電波など、７００ＭＨｚ以上の高周波電波は、３００ｋＨｚ以下の低周波帯（ＬＦ：Low Frequency）の電波に比べて直進性が強く、電波が車体金属を回り込みにくい。

　例えば車両用無線装置がピラーの室内側面に取り付けられている場合、当該車両用無線装置は車室外に直接波が回り込みにくい。特に、電界の振動方向が金属表面に対して平行な直線偏波は、当該金属で跳ね返されやすい傾向がある。取り付け先の金属面に対して電界振動方向が平行な偏波を送信するアンテナにとっては、取り付け先の裏側が見通し範囲外となりやすい。なお、ここでの見通し範囲とは直接波が伝搬可能な範囲であって、見通し範囲外とは、直接波が伝搬不能な範囲を指す。見通し範囲には、回折、換言すれば回り込みによって伝搬する領域も含まれる。

　もちろん、携帯端末が車両用無線装置の見通し範囲外にある場合であっても、他の構造物での反射によって車両用無線装置は携帯端末からの信号を受信しうる。しかしながら、携帯端末の位置推定に反射波を使用すると、携帯端末との距離や存在方向を誤推定する可能性が高まる。

　個々の車両用無線装置の見通し範囲が狭い場合、ユーザ（換言すれば携帯機）の位置を精度良く判定するためには、個々の見通し範囲外をカバーするように、車両用無線装置の配置数を増加させる必要が生じる。しかしながら、車両用無線装置の配置数が増えるほど、システムのコストは増大する。そのため、高周波電波用のアンテナを含む車両用無線装置としては、取り付け先の車体金属部分の裏側へも電波が回り込みやすい構成が求められている。

　本開示は、上記の着眼点に基づいて成されたものであり、その目的の１つは、より広い通信範囲を形成可能な車両用無線装置を提供することにある。

　ここに開示される第１の車両用無線装置は、７００ＭＨｚ以上の所定の対象周波数の電波の送信又は受信するための回路が実装された、誘電体を用いてなる回路基板と、電波を受信するためのアンテナであって、回路基板に対して平行な部分である基板平行部を備えることにより、電界の振動方向が回路基板に対して平行な電波である基板平行偏波を受信可能に構成されている平行偏波アンテナと、回路基板及び平行偏波アンテナを収容するケースと、を備え、回路基板が車両の所定の取付面に対して対向する姿勢で取り付けられて使用される車両用無線装置であって、回路基板において基板平行部と重なる領域には、回路にとってのグランド電位を提供する導体板であるグランド部が形成されていない。

　一般的に導体板は、電波を反射する物体である反射体として作用する。グランド部もまた板状の導体であるため、反射体として作用する。上記構成によれば、基板平行部と重なる部分に、反射体として作用しうるグランド部が存在しない事により、基板平行部の直下にグランド部が形成されている場合よりも、グランド部による反射の影響を弱めることができる。また、基板平行部の直下にグランド部が形成されていないことにより、基板平行部から放射された電波は、基板平行部の下方領域において自由に伝搬可能な領域が拡張される。その結果、より広い通信範囲を形成可能となる。

　また、ここに開示される第２の車両用無線装置は、７００ＭＨｚ以上の所定の対象周波数の電波の送信又は受信するための回路が実装された回路基板と、電波を受信するためのアンテナであって、回路基板に対して平行な部分である基板平行部を備えることにより、電界の振動方向が回路基板に対して平行な電波である基板平行偏波を受信可能に構成されている平行偏波アンテナと、回路基板及び平行偏波アンテナを収容するケースと、を備え、回路基板が車両の所定の取付面に対して対向する姿勢で取り付けられて使用される車両用無線装置であって、ケースの底面部は金属製であって、基板平行部は、ケースの底面部から電気的にλ／４（λは電波の波長）以上、上側となる位置に配置されており、ケースの内部において基板平行部と重なる領域のうち、基板平行部の下側λ／４以内となる領域には、基板平行部と対向する導体板は配置されていない。

　上記の構成によれば、基板平行部の下方λ／４以内となる領域に反射体として作用しうる導体板が存在しない。そのため、基板平行部から放射された電波は、基板平行部の下方領域を通って多様な方向へと伝搬可能となる。その結果、より広い通信エリアを形成可能となる。

　なお、請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本開示の技術的範囲を限定するものではない。

車両用無線装置の分解斜視図である。 回路基板に対する種々の部品の配置態様の一例を示す図である。 立体的なアンテナの実現方法の一例を説明するための図である。 グランドパターンの形成態様の一例を示す図である。 基板平行部による電波の放射方向及び偏波面を説明するための概念図である。 ダイポールアンテナを車両高さ方向に沿う姿勢でＣピラーから９ｍｍ離した位置に配置した場合の伝搬強度のシミュレーション結果を示す図である。 ダイポールアンテナを車両高さ方向に沿う姿勢でＣピラーから６０ｍｍ離した位置に配置した場合の伝搬強度のシミュレーション結果を示す図である。 実施形態の効果を説明するための図である。 車両用無線装置の変形例を説明するための図である。 車両用無線装置の変形例を説明するための図である。 車両用無線装置の変形例を説明するための図である。 車両用無線装置の変形例を説明するための図である。 基板平行偏波を受信可能なアンテナの変形例を説明するための図である。 基板平行偏波を受信可能なアンテナの変形例を説明するための図である。 基板平行偏波を受信可能なアンテナの変形例を説明するための図である。 グランドパターンの形成態様の変形例を説明するための図である。 車両用無線機が垂直偏波アンテナを備える場合の回路基板の構成例を示す図である。 図１７に示すＸＶＩＩＩ－ＸＶＩＩＩ線に沿った断面を概念的に示す図である。 車両用無線機が垂直偏波アンテナを備える場合の回路基板の構成の変形例を示す図である。 底面部１１の構成の変形例を示す図である。 アンテナ４を複数備える構成例を示す図である。 アンテナ４を複数備える他の構成例を示す図である。

　以下、本開示の実施形態について図を用いて説明する。なお、以降において同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。また、構成の一部のみに言及している場合、他の部分については先に説明した実施形態の構成を適用することができる。

　なお、本開示での「平行」とは完全な平行状態に限らない。数度から１５度程度傾いていても良い。つまり概ね平行である状態（いわゆる略平行な状態）を含みうる。本開示における「垂直」という表現についても、完全に垂直な状態に限らず、数度～１５度程度傾いている態様も含まれる。本開示において対向とは、所定の間隔を有して向き合っている状態を示す。対向状態には、部材同士が１５°程度傾いて向き合っている態様など、部材同士が概ね向き合っている状態も含まれる。

　＜用途の一例＞
　車両用無線装置１００は、車両のユーザによって携帯される通信装置（以降、携帯端末）と無線通信を実施するための装置である。携帯端末としてはスマートフォン等が挙げられる。車両用無線装置１００は、図示しないスマートＥＣＵと接続されて使用される。ＥＣＵは、Electronic Control Unitの略であって電子制御装置を意味する。車両用無線装置１００は、例えば携帯端末の所在を示す情報として、携帯端末からの無線信号の受信状況をスマートＥＣＵに報告する。受信状況には、受信強度や、信号往復飛行時間、位相差などを含めることができる。

　車両用無線装置１００は、車両の複数箇所に配置されうる。例えば、車両用無線装置１００は、運転席用の外側ドアハンドル、助手席用の外側ドアハンドル、及び左側Ｃピラーの内側面、右側ｃピラーの内側面のそれぞれに配置されうる。各車両用無線装置１００は、前述の通り、携帯端末の位置の指標として、受信強度などの受信状況を示す信号をスマートＥＣＵに出力する。

　スマートＥＣＵは、車両用無線装置１００を介して携帯端末と無線通信を実施することで、パッシブエントリ＆パッシブスタートシステム（以降、ＰＥＰＳシステム）を実現するＥＣＵである。ＰＥＰＳシステムは、携帯端末の位置に応じた車両制御を実行するシステムである。スマートＥＣＵは例えば車両に搭載されている複数の車両用無線装置１００から入力される携帯端末からの信号の受信強度などに基づいて、車両に対する携帯端末の位置を判定する。そして、スマートＥＣＵは、携帯端末との無線通信によって、携帯端末が車両のドア付近に存在することを確認できていることを条件としてドアの施錠や開錠といった制御を実行する。また、スマートＥＣＵは、携帯端末との無線通信によって携帯端末が車室内に存在することを確認できている場合には、図示しないスタートボタンに対するユーザ操作に基づいて、走行駆動源を始動させる。ＰＥＰＳシステムは、スマートエントリーシステムや車両用電子キーシステムとも呼ばれうる。

　＜全体構成の概要＞
　図１は、本開示に係る車両用無線装置１００の概略的な構成の一例を示す図である。車両用無線装置１００は、図１に示すように、ロアケース１、アッパーケース２、回路基板３、及びアンテナ４を備える。アッパーケース２は、ロアケース１と組み合わされることで全体として、回路基板３に対して垂直な方向を厚み方向とする扁平な直方体状のケース（換言すればハウジング）を形成する。つまり、車両用無線装置１００は、全体として扁平な直方体状の外観形状を有する。当該形状に対応するように回路基板３も略矩形状に形成されている。アンテナ４は一例として回路基板３上に設けられている。

　車両用無線装置１００は、車体の所定位置に取り付けられて使用される。例えば車両用無線装置１００は、例えばＢピラーやＣピラーなどといった窓部２１０に近接する車体金属部分の、車室内側の面に取り付けられる。ここでのピラーとは、ルーフを支える柱を指し、Ｂピラーとは前から２番目のピラーを、Ｃピラーとは前から３番目のピラーを指す。車両用無線装置１００は、車体金属の室内側の表面に取り付けられても良いし、室外側の表面に取り付けられてもよい。車両用無線装置１００は、例えば後部座席用のサイドウインドウの窓枠から１０ｃｍ以内において、後述する基板平行部が最寄りの窓枠に平行となる姿勢で取り付けられている。

　なお、他の態様として車両用無線装置１００は、例えばバンパや、ドアハンドル、ルーフ、バック／サイドミラー、トランクドアハンドル付近などに配置されることを前提として構成されていても良い。車両用無線装置１００は、回路基板３の一部又は全面が、取り付け先に相当する車体金属部分である取付対象部２００と対向するように取り付けられる。取付対象部２００は、例えば車両メーカーなどの要求に基づき予め決定されている。また、取付対象部２００における車両用無線装置１００の取付姿勢もまた予め設定されている。取付対象部２００としての金属部分の表面が取付面に相当する。

　以降では回路基板３に直交する方向のことを上下方向と記載する。回路基板３からロアケース１に向かう方向が、車両用無線装置１００にとっての下方向に相当し、回路基板３からアッパーケース２に向かう方向が上方向に相当する。上方向は、回路基板３が備える２つの面のうち、取付対象部２００に向けられる面である下側面から、反対側の面である上側面に向かう方向に相当する。

　さらに、以降では車両用無線装置１００の構成について、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸を有する右手系の３次元座標系の概念を導入して説明する。図１等の種々の図に示すＸ軸は回路基板３の短手方向を、Ｙ軸は回路基板３の長手方向を、Ｚ軸は上下方向をそれぞれ表している。なお、他の態様として回路基板３が正方形状である場合には、任意の１辺に沿う方向をＸ軸とすることができる。

　これらＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸を備える３次元座標系は、車両用無線装置１００の構成を説明するための概念である。車両用無線装置１００がＣピラーなどの車室内側面に取り付けられている状態においては、例えばＸ軸は車両の前後方向に、Ｙ軸は車両の上下方向に、Ｚ軸は車幅方向にそれぞれ対応する。Ｚ軸正方向、つまり車両用無線装置１００の上側は、取付対象部２００から車室内に向かう方向に相当しうる。

　＜各構成の説明＞
　回路基板３は、プリント基板に種々の電子部品が実装されてなる略矩形状の板状部材である。プリント基板としてはガラスエポキシ基板（換言すれば、ＦＲ４：Flame Retardant Type 4）などの絶縁層をベースにして、複数の導体層をビルドアップした多層基板を採用することができる。ここでは一例として回路基板３は、比誘電率４．３～４．９程度のガラスエポキシ樹脂を用いて実現されている。回路基板３は、内部導体層を備えない、片面基板又は両面基板である。なお、回路基板３は、例えば内部導体層を備える多層基板を用いて実現されていてもよい。

　回路基板３の四隅には、回路基板３をロアケース１及びアッパーケース２にネジ止めするためのネジ穴３３が形成されている。ネジ穴３３の位置は適宜変更可能であって、ロアケース１、アッパーケース２、及び回路基板３のそれぞれにおいて互いに対応する位置に形成されていればよい。互いに対応する位置とは上面視において重なる位置に相当する。ネジ穴３３、換言すれば回路基板３をロアケース１やアッパーケース２に固定するための固定部は、４箇所以上設けられていても良い。また、ロアケース１、アッパーケース２、及び回路基板３が組み合わさった状態を維持するための方法としては、ネジ止めの他、スナップフィットなど多様な係止構造を採用可能である。

　回路基板３の上側面には、図２に示すように、アンテナ４、コネクタ３１、及び制御回路３２が形成されている。コネクタ３１は、電源ケーブルやスマートＥＣＵとの通信ケーブルなど、種々のケーブルが接続されるための部品である。コネクタ３１は、一例として回路基板３のＹ軸負方向側の端部に取り付けられている。

　制御回路３２は、車両用無線装置１００の作動を制御する回路モジュールであって、例えばＩＣなどの電子部品を含む。例えば制御回路３２は、送受信回路と電源回路とを含む。送受信回路は、信号の送信、及び、信号の受信の少なくとも何れか一方に係る信号処理を実施する回路モジュールである。送受信回路は、変調、復調、周波数変換、増幅、デジタルアナログ変換、及び検波の少なくとも何れか１つを実施する。電源回路は、電源ケーブルから入力された電圧を、送受信回路の動作に適した所定の電圧に変換して出力する回路モジュールである。

　アンテナ４は、例えばBluetooth Low Energy（Bluetoothは登録商標）や、Wi-Fi（登録商標）等といった、近距離無線通信で使用される周波数帯の電波を送受信するためのアンテナである。例えばアンテナ４は、２４００ＭＨｚから２５００ＭＨｚまでの帯域（以降、２．４ＧＨｚ帯）に属する周波数の電波を送受信可能に構成されている。アンテナ４の動作周波数である対象周波数は一例であって、２．４ＧＨｚ帯に限られない。対象周波数帯は、７００ＭＨｚ帯、８００ＭＨｚ帯、９００ＭＨｚ帯、１．５ＧＨｚ帯、１．７ＧＨｚ帯、２ＧＨｚ帯、２．５ＧＨｚ帯、３．４ＧＨｚ帯、３．７ＧＨｚ帯、４．５ＧＨｚ帯、５ＧＨｚ、及び２８ＧＨｚ帯などの何れかであってもよい。

　アンテナ４は所定の対象周波数の電波を送受信するように構成されている。もちろん、他の態様として車両用無線装置１００は、送信と受信の何れか一方のみに利用されても良い。つまり、アンテナ４は、送受信兼用アンテナであってもよいし、受信専用アンテナであっても良い。本開示において、或る周波数帯の無線信号を送受信するためのアンテナとの表現には、送信と受信の両方に使用されるアンテナだけでなく、受信のみに供されるアンテナを含めることができる。つまり、送受信との表現は、送受信と受信の少なくとも何れか一方と解する事ができる。送受信回路などの記載についても同様である。アンテナの動作として電波の送信と受信には可逆性があるため、或る電波を受信可能なアンテナとは、当該電波を送信可能なアンテナと解することができる。

　加えて、アンテナ４の用途は近距離通信に限定されない。アンテナ４は、セルラー通信で使用される周波数帯の電波（換言すれば無線信号）を送受信するためのアンテナであってもよい。すなわち４Ｇや５Ｇの移動体通信システムを構成する無線基地局とデータ通信を行うためのアンテナであってもよい。

　以降における「λ」は、対象周波数の電波の波長（以降、対象波長とも記載）を表す。例えば「λ／２」及び「０．５λ」は対象波長の半分の長さを指し、「λ／４」及び「０．２５λ」は対象波長の４分の１の長さを指す。なお、真空中及び空気中における２．４ＧＨｚの電波の波長（つまりλ）は１２５ｍｍである。車両用無線装置１００を構成する部材の寸法の例示において、λを用いた表現は、電気的な長さと解する事ができる。ここでの電気的な長さとは、フリンジング電界や、誘電体による波長短縮効果などを考慮した、実効的な長さである。電気的な長さは実効長と呼ばれることもある。もちろん、波長の短縮効果等を受けない部分については、λは真空中あるいは空気中の長さと解することができる。例えば、回路基板３が比誘電率４．３の誘電体を用いて形成されている場合、回路基板３内でのλは、誘電体の波長短縮効果によって理論上約６０ｍｍとなる。よって、比誘電率４．３、厚さ１５ｍｍの誘電体板は、電気的にλ／４の厚さを有する部材に相当する。

　アンテナ４は、例えば基板表面に対して立設する、立体的な逆Ｌアンテナとして構成されている。つまりアンテナ４は立体形状を有する。具体的には、アンテナ４は、回路基板３から立設する立設部４１と、回路基板３の表面に平行な基板平行部４２とを含む。立設部４１及び基板平行部４２は何れも所定の線状導体であって、立設部４１の上側の端部は基板平行部４２の一端と接続されている線状との表現には、一定の幅／厚みを有する形状も含まれる。例えば線状には長手方向の長さに比べて幅や厚みが十分に小さい帯状や棒状も含まれる。

　また、立設部４１の他端（下側端部）は、送受信回路の信号端子と電気的に接続されている。つまり、立設部４１の下端部に給電点が形成されている。給電点は、送受信回路の信号用端子と放射素子としてのアンテナ４とが、例えばマイクロストリップ線路などを含む配線パターンなどを介して、電気的に接続される部分である。給電点は、送受信回路又は給電線との接続箇所と解することができる。

　なお、アンテナ４は、例えばはんだやコネクタなどを用いて基板表面に対する姿勢が保持されうる。アンテナ４は、立設部４１の下端部に設けられたピン状の差込部を回路基板３に形成されたスルーホールに差し込まれることで、回路基板３に対する姿勢が保持されるように構成されていても良い。

　アンテナ４は、λ／４モノポールを直角に折り曲げた構成に相当する。アンテナ４としての逆Ｌアンテナは、線状（帯状）の板金を折り曲げ加工することにより実現されている。なお、アンテナ４としての逆Ｌアンテナは、図３に示すように、所定値以上の比誘電率を有する誘電体を材料とする、直方体状あるいは板状の支持部３４の表面にパターン形成されていても良い。支持部３４は、回路基板３と一体的に成形されていてもよい。そのような支持部３４は段差部と称することもできる。また、支持部３４は、別途製造された誘電体ブロック／板であってもよい。支持部３４は、回路基板３の表面に組み付けられた部材であってもよい。支持部３４は、回路基板３の表面に固定されていれば良い。支持部３４は、波長短縮効果による装置の高さ（厚み）抑制の観点から、比誘電率が高いものが好ましい。アンテナ４を支持部３４の表面にパターン形成する方法としては、例えば電気めっきや、金属蒸着、導電塗料の塗布をあげることができる。なお、基板平行部４２に相当する導体パターンは支持部３４の内部に形成されていても良い。

　アンテナ４は、立設部４１と基板平行部４２との合計長が電気的にλ／４に設定されていることにより、対象周波数で励振する。立設部４１に流れる電流成分は、電界の振動方向が回路基板３に対して垂直な直線偏波である基板垂直偏波の放射に寄与する。また、基板平行部４２に流れる電流成分は、電界の振動方向が回路基板３に対して平行な直線偏波である基板平行偏波の放射に寄与する。すなわち、アンテナ４は、逆Ｌアンテナとして構成されていることにより、基板垂直偏波と基板平行偏波のそれぞれを送受信可能なアンテナとして機能する。

　立設部４１はモノポールアンテナの一部に相当するため、基板垂直偏波の利得は、立設部４１に直交する全方位において略均等となる。つまりＸＹ平面において無指向性を有する。基板平行部４２もまた、モノポールアンテナと同様の放射特性を有する。具体的には、Ｚ軸正及び負方向を含む、基板平行部４２に直交する全方位に向けて基板水平偏波を放射しうる。なお、ここでは電波放射する際の観点でアンテナ４の特性について述べたが、送受信の可逆性から電波受信時の利得特性も放射特性と同様となる。以降では、基板平行偏波を送受信可能なアンテナのことを平行偏波アンテナ４ｘとも称する。基板平行部４２を含むアンテナ４は、平行偏波アンテナ４ｘに相当する。また、基板垂直偏波を送受信可能なアンテナのことを垂直偏波アンテナとも称する。

　なお、基板垂直偏波と基板平行偏波の利得比は、Ｌ字型のエレメントの縦横比、つまり立設部４１と基板平行部４２の長さの比に由来する。基板平行部４２を長くしたほうが基板平行偏波の利得は向上する。故に、基板平行部４２の長さは、立設部４１の長さ以上に設定されていることが好ましい。例えば立設部４１と基板平行部４２の長さの比は、１：３や、１：２、２：３、３：４、１：１などに設定されている。もちろん、他の態様として、基板平行部４２は立設部４１よりも短く設定されていても良い。例えば立設部４１と基板平行部４２の長さの比は、３：１や、２：１、３：２、３：２、４：３などに設定されていてもよい。

　立設部４１を短くするほど、基板平行部４２と回路基板３の上側面との離隔は小さくなる。車両への搭載性の観点においては、高さを低く設計することが好ましい。一方、立設部４１を短くするほど、後述するように、取付対象部２００としての車体金属と基板平行部４２の離隔が小さくなり、取付対象部２００としての金属が反射体とし作用し、指向性を狭角化する恐れが増大する。立設部４１は、基板平行偏波の利得が所定の要求レベルとなる範囲において可能な限り長い値に設定されていることが好ましい。

　上記のアンテナ４は、図２に示すように、上面視において基板平行部４２がＹ軸と平行となる姿勢で、制御回路３２よりもＸ軸正方向側に配置されている。例えば、アンテナ４は、回路基板３のＸ軸正方向側の縁部から２ｃｍ以内となる範囲において、基板平行部４２がＹ軸と平行となる姿勢で配置されている。なお、回路基板３上における各部材の位置関係、換言すればレイアウトは適宜変更可能である。例えばアンテナ４は、回路基板３のＹ軸正方向側の縁部から２ｃｍ以内となる範囲において基板平行部４２がＸ軸と平行となる姿勢で配置されていてもよい。以下における基板平行部４２との記載は、平行偏波アンテナ４ｘと読み替えて実施することができる。

　回路基板３は、電源ケーブルの接地側線とコネクタ等を介して電気接続される導体層であるグランド層を備える。グランド層は各種回路のグランド電位を提供する。ここでは一例としてグランド層は回路基板３の下側面に形成されているものとする。グランド層に形成されている導体パターンをグランドパターン３５と称する。グランドパターン３５は、板状の導体部材である。ここでの板状には、銅箔などの薄膜状も含まれる。グランドパターン３５がグランド部に相当する。

　グランドパターン３５は、図４に示すように、回路基板３の下側面の大部分に渡って形成されている。ただし、グランドパターン３５は、基板平行部４２と対向する部分を避けるように形成されている。より具体的には、基板平行部４２と重なる部分から２ｍｍ以上の離隔を有するようにグランドパターン３５は形成されている。例えばグランドパターン３５は、基板平行部４２と重なる位置に、切り欠きとしてのスロット部３５１を備える。

　スロット部３５１は、基板平行部４２よりも大きいことが好ましいが、必ずしもその限りではない。グランドパターン３５は、基板平行部４２の一部と重なるように形成されていても良い。例えば、アンテナ４としての動作を安定させるため、上面視において立設部４１の下端部と重なる部分にはグランドパターン３５が形成されていても良い。基板平行部４２の半分以上がグランドパターン３５と重ならないようにスロット部３５１が形成されていれば良い。なお、図４は回路基板３を下側から見た場合の各構成の位置関係を模式的に示す図である。図４においてハッチングを施している部分が、グランドパターン３５が付与されている部分を示す。

　基板平行部４２と重なる部分を避けるようにグランドパターン３５が形成されている構成によれば図５に示すように基板平行部４２が放射する基板平行偏波は、回路基板３の下側にも透過して伝搬しうる。また、基板平行部４２の下方に存在する最寄りの導体板から、基板平行部４２までの距離を拡張可能となる。加えて、基板平行部４２と導体板との離隔が小さいほど、当該導体板での反射の影響を受けて、実質的な見通し範囲が狭角化する傾向がある。そのような事情に対し、上記構成によれば、基板平行部４２と導体板との離隔を増大させることができ、見通し範囲が狭角化する恐れを低減可能となる。なお、前提として、少なくとも回路基板３の内部において基板平行部４２と重なる部分には、導体層としての導体は形成されていない。回路基板３の内部において、基板平行部４２と重ならない領域には適宜内部導体層が形成されていても良い。

　グランドパターン３５はアンテナ４にとっての地板に相当する。上記回路基板３は、１つの局面において、所定の厚み及び比誘電率を有する誘電体板の一方の面に逆Ｌアンテナを配置するとともに、反対側の面に地板を付与した構成に相当する。もちろん、地板としてのグランドパターン３５は、基板内部に形成されていても良い。ここで開示する構成は一例であって、例えば回路基板３は、その他の内部導体層として電源層などを備えていてもよい。

　ロアケース１は、回路基板３を下方から覆い、回路基板３を収容及び支持する部材である。ロアケース１は、車両用無線装置１００のハウジングの底部を提供する部材に相当する。このようなロアケース１は、回路基板３の下側面を保護するための構成に相当する。ロアケース１は、例えばポリカーボネート（ＰＣ：polycarbonate）などの合成樹脂を用いて形成されている。ロアケース１は、例えば平坦な板状に形成されている。

　ロアケース１は、上側の面が開口している扁平な（換言すれば底が浅い）箱型に形成されている。すなわち、ロアケース１は、回路基板３と所定の間隔をおいて対向する底面部１１と、底面部１１の縁部から上方に向けて延設された下壁部１２と、を備える。なお、下壁部１２は任意の要素であって省略されても良い。底面部１１には、回路基板３に設けられたネジ穴３３と対応する位置に、ネジを通すための貫通孔１３が形成されている。例えば底面部１１の四隅にネジ止め用の貫通孔１３が設けられている。

　ロアケース１の材料としては、前述の通り、ポリカーボネートなど多様な樹脂を採用可能である。ロアケース１の材料は、車両用無線装置１００が使用される環境の温度として想定される範囲（以降、使用温度範囲）において、所望の強度を維持可能な樹脂材料を用いて構成されていても良い。使用温度範囲は例えば－２０℃以上１２０℃以下などに設定される。

　なお、他の構成例として後述するように、ロアケース１は、金属製であってもよい。金属製のロアケース１によれば、装置としての強度向上といった効果や、車体との電気的接続、換言すれば回路グランドの安定性向上といった効果が期待できる。さらに、ロアケース１は、金属部材と樹脂とを組み合わせて実現されていても良い。例えばロアケース１は金属製のフレームを樹脂で覆った構成、換言すれば、外観形状を提供する樹脂部材の内部に金属フレームが埋め込まれた構成が採用されていても良い。ロアケース１において後述する基板平行部４２と対向する部分は、電波を透過するように樹脂製となっていることが好ましい。

　アッパーケース２は、回路基板３を上方から覆い、回路基板３を収容及び保護する部材である。アッパーケース２は、電波を透過させるべく、ポリカーボネートなどの樹脂材料で構成されている。アッパーケース２は、回路基板３を収容しつつロアケース１と嵌合可能に構成されている。

　アッパーケース２は、下側の面が開口している略箱型に形成されている。具体的には、回路基板３の上側面と所定の間隔をおいて対向する天井部２１と、天井部２１の縁部から下方に向けて延設された側壁部２２と、を備える。天井部２１は、車両用無線装置１００のハウジングの上面部を提供する構成に相当する。側壁部２２は、その下端部が下壁部１２の上端部と組み合わさる寸法及び形状に形成されている。側壁部２２の外側面が側面部に相当する。

　アッパーケース２の側壁部２２において、コネクタ３１に対応する部分には、コネクタ３１の先端付近を露出させるための切り欠き部２３が形成されている。また、アッパーケース２の側壁部２２において、基板平行部４２の側方に位置する部分には、基板平行部４２の位置を示すマーカー２４が形成されている。マーカー２４は印刷された線であってもよいし、段差や溝などの立体構造であってもよい。アッパーケース２の側面にマーカー２４を設けた構成によれば、取り付け時において、基板平行部４２が取付対象部２００の表面からλ／４だけ離れた位置となるように調整しやすくなる。なお、マーカー２４は任意の要素であって省略されても良い。その他、アッパーケース２の内側には、ネジ穴３３と対応する位置に、ネジを収容するための穴が設けられた段差部等が形成されている。

　ロアケース１とアッパーケース２とを組み合わせてなるケースは、少なくともアンテナ４が形成されている部分においては、回路基板３やシール材Ｓｇが提供する波長短縮効果により、電気的にλ／４以上の厚みを有するように構成されている。また、側壁部２２又は底面部１１には、車両用無線装置１００を車体に取り付けるための金具などが付与されていても良い。車両用無線装置１００を車体に固定するための機構である取り付け機構としては多様なものを採用可能である。

　＜車両への取り付け態様と効果について＞
　上記の車両用無線装置１００は回路基板３が取付対象部２００と対向する姿勢で取り付けられるため、基板平行偏波とは、電界振動方向が取付対象部２００の表面に対しても平行な直線偏波に相当する。つまり、平行偏波アンテナとは、電界の振動方向が取付対象部２００としての金属表面に対して平行な直線偏波を送受信可能なアンテナに相当する。また、基板垂直偏波とは、電界振動方向が取付対象部２００に対しても垂直な直線偏波に相当する。

　本開示の開発者らは、車体とアンテナの離隔及び取付姿勢を変えた多様な条件でシミュレーションを行ったところ、垂直偏波アンテナに比べて、平行偏波アンテナ４ｘから取付対象部２００までの距離が小さくなるほど見通し範囲が狭くなりやすいことを見出した。より具体的には、平行偏波アンテナ４ｘを車体との離隔を小さくすればするほど、取付対象部２００の裏側へ電波が回り込みにくくなることがわかった。

　図６及び図７は、平行偏波アンテナ４ｘとして、ダイポールアンテナ４ｄを車両高さ方向に沿う姿勢で、車両右側に位置する金属製Ｃピラーの室内側の面に取り付けた場合の直接波の伝搬強度をシミュレーションした結果を示したものである。図６は平行偏波アンテナとしてのダイポールアンテナ４ｄとＣピラー表面との離隔を９ｍｍ（０．０７５λ相当）に設定した場合の強度分布を示している。図７は、ダイポールアンテナ４ｄとＣピラー表面までの離隔を６０ｍｍ（０．５λ相当）に設定した場合の強度分布を示している。

　シミュレーション条件として、ダイポールアンテナ４ｄの取り付け位置は、地面からの高さが１１０ｃｍとなる位置に設定されている。図６及び図７は地面からの高さが１１０ｃｍとなる平面において、電波放射開始から５ナノ秒経過するまでの期間における電界強度の最大値を示している。伝搬強度の観測期間を５ナノ秒以上とすると、取付対象部２００から１．５ｍ以上離れた車体金属、例えば左側Ｃピラーなどによる反射波の影響が混ざってしまい、直接波の伝搬範囲などがわかりにくくなる。そのため、伝搬強度の観測期間を、電波放射開始から５ナノ秒以内に区切っている。

　図６及び図７に示すＰｍｎは、携帯端末がアンテナ４からの信号を正常に復号可能な受信強度の下限値である動作下限値を表している。動作下限値Ｐｍｎは、携帯端末と車両用無線装置１００との通信が成立する信号レベルの下限値に相当する。動作下限値Ｐｍｎは、車両用無線装置１００が無線信号を送信する電力や、受信感度によって変動する。動作下限値Ｐｍｎは、送信電力や受信感度などの設定により、１３０ｄＢｕＶ／ｍや、１１０ｄＢｕＶ／ｍ、８０ｄＢｕＶ／ｍにもなりうる。図６及び図７におけるドットパターンの密度は伝搬強度の高さを示す。ドットパターンの密度が高いほど、伝搬強度が強いことを意味する。当然、伝搬強度が動作下限値Ｐｍｎよりも高い領域は、通信が安定するエリアとなる。

　図６及び図７を比較すればわかるように、図６よりも図７のほうが車室外のドア付近における電界強度は強い。これは、平行偏波アンテナは取付対象部２００としてのＣピラーに近接するほど、放射した基板平行偏波が当該金属表面で車室内側に向かって弾かれやすく、その結果として、窓部２１０を介して車室外側に回り込みにくくなるためと推定される。また、図７と図６に示すように、ダイポールアンテナ４ｄをＣピラーに近づけるほど、所定値以上の強度を保って伝搬する角度範囲は狭くなる。これはダイポールアンテナ４ｄの背後に存在するＣピラーが反射体として作用するためであると推定される。

　なお、以上では平行偏波アンテナ４ｘが放射する電波の反射体として、取付対象部２００を想定した例について述べたが、グランドパターン３５などの導体板もまた反射体として作用しうる。平行偏波アンテナの通信性能を良好に保つためには、平行偏波アンテナ４ｘを、反射体となりうる導体板からできるだけ離して配置することが好ましい。

　本実施形態の車両用無線装置１００は上記事情に着眼してなされたものである。すなわち、グランドパターン３５が基板平行部４２と対向する部分を避けるように形成されており、かつ、ロアケース１が樹脂製であることにより、基板平行部４２にとっての背面導体板ＢＭは、取付対象部２００となる。ここでの背面導体板ＢＭとは、基板平行部４２の直下において、基板平行部４２から最も近い導体板を指す。ここでの導体板には、グランドパターン３５など、めっき等でパターン形成された、一定の面積を有する薄膜状の導体も含まれる。

　上記構成によれば、基板平行部４２の直下にグランドパターン３５を形成している場合や、ロアケース１を金属製とする場合に比べて、基板平行部４２から背面導体板ＢＭまでの距離を長くすることができる。

　具体的には、基板平行部４２の直下にグランドパターン３５を形成している場合には、グランドパターン３５が背面導体板ＢＭに該当する。そのため、基板平行部４２から背面導体板ＢＭまでの離隔は、図８に示すＤｍ＋Ｄｎとなる。Ｄｍは基板平行部４２から回路基板３の上側面までの距離である。Ｄｎは、回路基板３の厚みに応じた電気的な距離を指す。Ｄｎは誘電体による波長短縮効果を考慮した実効長として計上されうる。

　また、基板平行部４２の直下にグランドパターン３５を形成しないものの、ロアケース１を金属製とする場合には、ロアケース１が背面導体板ＢＭに該当する。そのため、基板平行部４２から背面導体板ＢＭまでの離隔は、Ｄｍ＋Ｄｎ＋Ｄｐとなる。Ｄｐは、回路基板３の下側面から底面部１１までの距離を指す。

　これらの想定構成に対し、上記実施形態によれば、基板平行部４２から背面導体板ＢＭまでの距離は、基板平行部４２から取付対象部２００までの距離Ｄｓとなる。つまり、底面部１１の厚みや、取付対象部２００の表面と底面部１１との隙間の分だけ長くなる。よって、上述した想定構成に比べて、通信エリア形成にかかる背面導体板ＢＭの影響を抑制でき、その結果として通信エリアを良好に形成可能となる。背面導体板ＢＭの影響とは、電波を反射することにより、例えば実質的な通信エリアが鋭角化したり、取付対象部２００への裏側へ回りにくくなったりすることを指す。

　なお、本開示の開発者らは、基板平行部４２から背面導体板ＢＭまでの距離がλ／４以上に設定することにより、取付対象部２００に沿う方向の利得や、取付対象部２００の裏側への回り込み量を増大可能となることを見出した。よって、基板平行部４２は、車体金属８からλ／４以上離れるように取り付けて使用されることが好ましい。換言すればＤｓ＞λ／４の関係を充足する態様で取り付けられることが好ましい。なお、取付対象部２００の裏側とは、例えば車両用無線装置１００が車体金属の室内側の面に取り付けられている場合には、車室外を指す。また、車両用無線装置１００が車体金属の室外側の面に取り付けられている場合には、取付対象部２００の裏側とは車室内を指す。

　ところで、アッパーケース２の外面にマーカー２４がない場合、ケース内における基板平行部４２の具体的な位置は不明確となる。そのため、車両用無線装置１００を取り付ける作業者はＤｓ＞λ／４の関係を充足する態様で車両に車両用無線装置１００を取り付けることが難しくなりうる。そのような課題に対し、アッパーケース２の外面にマーカー２４を設けた構成によれば、Ｄｓ＞λ／４の関係を充足するように、車両用無線装置１００を取付対象部２００に取り付けやすくなる。つまり、適正な離隔が維持されやすくなるとともに、取り付け作業性を高めることができる。

　以上、本開示の実施形態を説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されるものではなく、以降で述べる種々の変形例や第２実施形態も本開示の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。例えば下記の種々の補足や変形例などは、技術的な矛盾が生じない範囲において適宜組み合わせて実施することができる。なお、以上で述べた部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略することがある。また、構成の一部のみに言及している場合、他の部分については上記説明を適用することができる。

　上述した実施形態では、ロアケース１を樹脂製とする構成について述べたが、ロアケース１は金属製であってもよい。図９に示すようにロアケース１が金属製であり且つ基板平行部４２を避けるようにグランドパターン３５が形成されている場合には、基板平行部４２からロアケース１までの距離Ｄｔが電気的にλ／４以上となるように設定されていることが好ましい。上記構成は、基板平行部４２の下方λ／４以内となる領域には、グランドパターン３５等の導体板を設けない構成に相当する。

　なお、真空中或いは空気中におけるλ／４は３０ｍｍに相当するため、波長短縮効果を受ける部分が回路基板３の内部だけだと、装置としての高さが増大してしまう。車両において車両用無線装置１００の搭載に使用可能なスペースは有限であるため、車両用無線装置１００はできるだけ薄く実現されていることが好ましい。

　そのような事情から、図１０に示すように基板平行部４２と回路基板３との間には比誘電率が所定値以上の誘電体を用いてなる支持部３４が挿入されていても良い。当該構成によれば、図９に示すように基板平行部４２と回路基板３との間を中空とする構成よりも、基板平行部４２から背面導体板ＢＭとしての底面部１１までの実効長を長くすることができる。その結果、距離Ｄｔを電気的にλ／４以上にする場合に必要となる装置の高さを抑制可能となる。図１０に示す構成は、１つの観点において図３を用いて例示したように支持部３４の表面のアンテナ４を形成した構成に対応する。なお、基板平行部４２と回路基板３との間は、一部中空となっていても良い。

　また、基板平行部４２と回路基板３との間に誘電体材料が入っていれば、電気的な距離Ｄｔは増大する。そのような観点に基づき、ケースの内部には、図１１に示すようにゲル状のシール材Ｓｇを充填されていてもよい。シール材Ｓｇは封止材に相当する。シール材Ｓｇとしては、ポリウレタンプレポリマーなどのウレタン樹脂や、エポキシ樹脂、シリコン樹脂など、多様な材料を採用することができる。ケース内にシール材Ｓｇを充填した構成によれば、装置の高さ抑制及び通信エリアの狭隘化抑制といった効果に加えて、防水性や防塵性、耐振動性も向上させる事ができる。図１１では制御回路３２の図示は省略している。

　以上ではケース内に収容される回路基板３が１つである場合について述べたが、これに限らない。図１２に示すように、車両用無線装置１００は、アンテナ４及び制御回路３２の一部が形成された第１基板３Ａと、制御回路３２の残り部分が形成された第２基板３Ｂを含んでいてもよい。第２基板３Ｂは、第１基板３Ａの下側において、第１基板３Ａと対向する姿勢で配置されている。

　第１基板３Ａの下側面には、上面視において基板平行部４２と重なる領域を避けるようにグランドパターン３５Ａが形成されている。一方、第２基板３Ｂの下側面には、上面視において基板平行部４２と重なる領域にもグランドパターン３５Ｂが形成されている。第２基板３Ｂは、基板平行部４２からグランドパターン３５Ｂまでの距離が電気的にλ／４以上となる位置に配置されていることが好ましい。第２基板３Ｂが備えるグランドパターン３５Ｂが第２基板グランド部に相当する。

　また、回路基板３の厚みが電気的にλ／４以上である場合には、回路基板３の下側面において基板平行部４２と対向する部分にもグランドパターン３５が形成されていても良い。

　さらに、以上では一例として平行偏波アンテナ４ｘとして機能するアンテナ４を、回路基板３に対して立設された逆Ｌアンテナとする態様を開示したが、アンテナ４の種類／形状はこれに限らない。

　例えば、図１３に示すようにアンテナ４及び平行偏波アンテナ４ｘは、ダイポールアンテナであってもよい。平行偏波アンテナ４ｘとしてのダイポールアンテナは、例えば支持部３４の上面に配置されている。図１３に示す態様においては、ダイポールアンテナの全体が基板平行部に相当する。この場合、支持部３４は、長手方向の長さλ／２以上となる直方体状に形成されている。なお、支持部３４はダイポールアンテナを搭載可能な形状であればよい。仮にダイポールアンテナの一部が折り曲げられている場合や、ミアンダ状に形成されている場合など、ダイポールアンテナの寸法を抑制する構造が採用されている場合、支持部３４はλ／２以下の長さであっても良い。また、アンテナ４としてのダイポールアンテナは、必ずしも回路基板３の表面から突出する支持部３４の上に形成されている必要はない。アンテナ４としてのダイポールアンテナは、回路基板３の上側面に形成されていても良い。

　さらに、アンテナ４は、図１４に示すように逆Ｆアンテナとして構成されていても良い。アンテナ４としての逆Ｆアンテナは、例えば支持部３４の上面に配置されている。図１４に示す姿勢によれば、逆Ｆアンテナの全体が基板平行部に相当する。支持部３４はアンテナ４としての逆Ｆアンテナを搭載可能な形状であればよい。なお、アンテナ４としての逆Ｆアンテナもまた、支持部３４の上に形成されている必要はない。アンテナ４としての逆Ｆアンテナは、回路基板３の上側面に形成されていても良い。なお、図１３、図１４は断面図ではないが、アンテナ４の形成箇所を明示するためにアンテナ４に斜線パターンのハッチングを施している。

　アンテナ４は図１５に示すように立体逆Ｆアンテナとして構成されていても良い。アンテナ４としての立体逆Ｆアンテナは、例えば回路基板３のＹ軸正方向側の端部において、回路基板３から立設するように取り付けられている。すなわち、アンテナ４としての立体逆Ｆアンテナは、下端に給電点が設けられた第１立設部４１ａと、下端がグランドパターン３５と接続された第２立設部４１ｂと、基板平行部４２とを含む逆Ｆ型に形成されている。第１立設部４１ａ及び第２立設部４１ｂは何れも回路基板３に立設する線状導体である。第１立設部４１ａ及び第２立設部４１ｂは回路基板３に対して自立する構成であってもよいし、支持部３４により支持される構成であっても良い。支持部３４の表面又は内部に形成されていてもよい。

　基板平行部４２の長さは電気的にλ／４の長さに設定されている。第１立設部４１ａ及び第２立設部４１ｂは等しく、その長さは任意の値とすることができる。図１５に示す形状においては基板平行部４２が基板平行偏波を送受信するとともに、第１立設部４１ａが基板垂直偏波を送受信するように動作する。つまり、図１５に示す立体逆Ｆアンテナによれば、１つのエレメントにて基板平行偏波と基板垂直偏波の両方を送受信可能となる。

　また、図１等に示す立体逆Ｌアンテナは基板平行部４２が１つの立設部４１に支持される一方、立体逆Ｆアンテナでは基板平行部４２が第１立設部４１ａと第２立設部４１ｂの２つによって支持される。故に、アンテナ４として立体逆Ｆアンテナを採用した構成によれば、立体逆Ｌアンテナを採用した構成よりも回路基板３へのアンテナ４の固定強度を高めることができる。特に車載時には、車体の振動がアンテナ４に作用する。回路基板３とアンテナ４との固定強度が不足していると、車体振動によりアンテナ４が回路基板３から外れてしまう可能性がある。そのような事情からアンテナ４は、立体逆Ｌアンテナよりも立体逆Ｆアンテナであることが好ましい。

　また、立体逆Ｆアンテナにおいては基板平行部４２の半分以上は、グランドパターン３５と重ならないように配置されていることが好ましい。換言すれば、基板平行部４２の大部分が非グランド形成部３６上に位置するように、アンテナ４は配置されていることが好ましい。基板平行部４２の下方にグランドパターン３５が存在していると、基板平行部４２に流れる電流由来の電磁波と、グランドパターン３５に流れる電流由来の電磁波とが互いに打ち消すように作用し、基板平行偏波の利得が低下してしまうためである。

　図１５の破線はグランドパターン３５の形成範囲を示している。図１５では基板平行部４２のうち、第１立設部４１ａよりも開放端側の区間の一部がグランドパターン３５と笹なるように配置されている構成を示している。もちろん、基板平行部４２はできるだけ非グランド形成部３６の上側に位置することが好ましい。

　ところで逆Ｆ型の放射素子は反対側から見るとＦ型に見える。逆Ｆアンテナとの表現は、アンテナの技術分野における慣習的な呼称に倣ったものである。逆Ｆアンテナとの表現は、逆向きではないＦ字型のアンテナも含まれる。つまり逆ＦアンテナはＦ型アンテナと呼ぶこともできる。逆Ｌアンテナとの表現も同様に、逆向きではないＬ字型のアンテナも含まれる。

　その他、アンテナ４は基板平行偏波を受信可能に構成されていればよく、例えばパッチアンテナ等、多様な構造を採用可能である。アンテナ４は、基板平行偏波を受信可能な姿勢で回路基板３に設けられていればよい。アンテナ４への給電方式としては、導電性のピンや導体パターンで直接的に給電する直結給電方式の他、電磁結合給電方式などを採用可能である。

　図１３及び図１４では、回路基板３のＹ軸正方向側の端部付近に設けた構成を開示しているが、前述の通りアンテナ４の位置は適宜変更可能である。また、アンテナ４は、天井部２１の内側面にパターン形成されていても良い。天井部２１の内側に形成されたアンテナ４は、例えば、側壁部２２の内側面等に沿って形成された給電線路を用いて給電されうる。当該構成によればアンテナ４をケース内において最も高い位置に配置可能となるため、背面導体板ＢＭの影響をより一層低減可能となる。

　前述の実施形態では、図４に例示したように、グランドパターン３５に、局所的な切り欠きとしてのスロット部３５１を設けた構成を開示した。しかしながら、基板平行部４２からの電波を回路基板３の下方に透過させるための構成、換言すれば、基板平行部４２を背面導体板ＢＭからの距離を拡張するための構成は、これに限定されない。例えば図１６に示すように、グランドパターン３５を設けない領域である非グランド形成部３６は、平行偏波用のアンテナ４よりも十分に大きく設定されていても良い。なお、図１６では、アンテナ４として逆Ｆアンテナを採用した場合を例示している。また、グランドパターン３５が形成されている範囲を明示するために、便宜上、当該範囲には斜線ハッチングを付与している。

　グランドパターン３５は少なくとも制御回路３２の下方に相当する領域に形成されていることが好ましい。前述のスロット部３５１も非グランド形成部３６に相当する。上記実施形態は、非グランド形成部３６の上側に基板平行部４２／平行偏波アンテナ４ｘを形成した構成に相当する。非グランド形成部３６の位置や形状は適宜変更可能である。非グランド形成部３６は矩形状であっても良いし、円形状、三角形状であってもよい。

　回路基板３には、図１７に示すように平行偏波アンテナ４ｘに加えて、垂直偏波アンテナ５が設けられていても良い。垂直偏波アンテナ５は、例えば、０次共振アンテナとして構成されている。すなわち、垂直偏波アンテナ５は、グランドパターン３５に対向するように配置される平板状の金属導体である対向導体板５１と、対向導体板５１の中央をグランドパターン３５に電気的に接続する短絡部５２と、を含む。対向導体板５１の大きさは、短絡部５２が備えるインダクタンスと、グランドパターン３５と対向導体板５１とが形成する静電容量とによって対象周波数で並列共振するように構成されている。

　なお、０次共振アンテナは、メタマテリアルの基本構造であるマッシュルーム構造を備え、メタマテリアルの分散特性のうち、位相定数βがゼロ（０）となる周波数で共振する現象を利用するアンテナに相当する。０次共振アンテナはメタマテリアルアンテナと呼ぶこともできる。０次共振アンテナとしての垂直偏波アンテナ５は、グランドパターン３５と対向導体板５１との間に形成される静電容量と、短絡部５２が備えるインダクタとのＬＣ並列共振によって動作することを特徴とする。

　図１７では平行偏波アンテナ４ｘとして、回路基板３の上側面にパターン形成されたＬ字型アンテナを採用した構成を例示している。図１８は、図１７に示すＸＶＩＩＩ－ＸＶＩＩＩ線での断面図である。図１８では各構成要素を明示するため、図１９とは図の縮尺を変更している。

　図１７において３５で示す破線は、グランドパターン３５が形成されている領域を示している。グランドパターン３５は、平行偏波アンテナ４ｘと重なる領域には形成されていない一方、対向導体板５１と重なる領域には形成されている。換言すれば、平行偏波アンテナ４ｘはグランドパターン３５が形成されていない領域に配置されている一方、対向導体板５１はグランドパターン３５が形成されている領域に配置されている。

　対向導体板５１は、銅などの導体を素材とする板状の導体部材である。ここでの板状には、前述の通り、銅箔などの薄膜状も含まれる。対向導体板５１は、回路基板３の誘電体層を介して、グランドパターン３５と対向するように配置されている。対向導体板５１もまた回路基板３の上側面にパターン形成されたものでもよい。

　対向導体板５１は、グランドパターン３５と対向するように配置されることで、対向導体板５１の面積、及び、対向導体板５１とグランドパターン３５との間隔に応じた静電容量を形成する。対向導体板５１は、短絡部５２が備えるインダクタンスと主対象周波数において並列共振する静電容量を形成する大きさに形成されている。対向導体板５１の面積は、所望の静電容量を提供するように適宜設計されればよい。所望の静電容量とは、短絡部５２のインダクタンスとの協働により主対象周波数で動作する静電容量である。なお、動作周波数をｆ、短絡部５２が備えるインダクタンスをＬｓ、対向導体板５１がグランドパターン３５との間に形成する静電容量をＣとすると、ｆ≒１／｛２π√（Ｌｓ・Ｃ）｝の関係が成り立つ。当業者であれば、当該関係式をもとに、適正な対向導体板５１の面積を決定することができる。

　例えば対向導体板５１は、一辺が２５ｍｍの正方形状に形成されている。もちろん、対向導体板５１の一辺の長さは適宜変更可能であり、２０ｍｍや、３０ｍｍ、４０ｍｍなどであっても良い。対向導体板５１の寸法は、対象波長や、回路基板３が備える誘電体による波長短縮効果などを鑑みて決定されうる。なお、対向導体板５１の平面形状は、円形や、正八角形、正六角形などであってもよい。また、対向導体板５１は、長方形状や長楕円形などであってもよい。

　短絡部５２は、グランドパターン３５と対向導体板５１とを電気的に接続する導電性の部材である。短絡部５２は、導電性のピン（以降、ショートピン）を用いて実現されれば良い。短絡部５２としてのショートピンの径や長さを調整することによって、短絡部５２が備えるインダクタンスを調整することができる。短絡部５２の半径（ｒ）は、例えば３ｍｍに設定されている。もちろん、半径は１ｍｍや２ｍｍ、５ｍｍであってもよい。

　短絡部５２は、径や長さに応じたインダクタンスを備える。短絡部５２のインダクタンス値は、たとえば短絡部５２の直径（換言すれば太さ）及びＺ方向の長さを調整することにより変更可能である。

　なお、短絡部５２は、一端がグランドパターン３５と電気的に接続され、他端が対向導体板５１と電気的に接続された線状の部材であればよい。回路基板３のビアなどを短絡部５２として利用することができる。

　短絡部５２は、例えば対向導体板５１の中心に位置するように設けられている。なお、対向導体板５１の中心とは、例えば対向導体板５１が正方形状や長方形状である場合には、対角線の交点に相当する。本開示では対向導体板５１の中心のことを以降では導体板中心とも記載する。

　短絡部５２の形成位置は、厳密に導体板中心と一致している必要はない。短絡部５２は導体板中心から数ｍｍ程度ずれていてもよい。短絡部５２は、対向導体板５１の中央領域に形成されていれば良い。対向導体板５１の中央領域とは、導体板中心から縁部までを１：５に内分する点を結ぶ線よりも内側の領域を指す。中央領域は、別の観点によれば、対向導体板５１を６分の１程度に相似縮小した同心図形が重なる領域に相当する。

　給電点は、対向導体板５１においてインピーダンス整合を取ることができる位置に配置される。ここでのインピーダンス整合とは、信号を送り出す側のインピーダンス値と信号を受け取る側のインピーダンス値を略同一とすることを指す。

　以上のように平行偏波アンテナ４ｘに加えて、垂直偏波アンテナ５を備える構成によれば、車両用無線装置１００としては偏波面が直交する２種類の電波のそれぞれを送受信可能となる。偏波ダイバーシティが可能となりロバスト性が向上する。

　また、車両用無線装置１００の通信相手の１つとして想定されるスマートフォンなどの携帯端末は、ユーザの所持態様によって車両用無線装置１００に対する姿勢が変化する。よって、車両用無線装置１００に到来する携帯端末からの電波の偏波面は多様となりうる。そのような事情を踏まえると、平行偏波アンテナ４ｘに加えて、垂直偏波アンテナ５を備える構成によれば、ユーザによって携帯される携帯端末からの無線信号をより良好に受信可能となる。その結果、車両に対するユーザ（携帯端末）の接近や、車両に対するユーザの位置をより精度良く検知可能となりうる。

　なお、基板垂直偏波は背面導体板ＢＭからの距離に関係なく、背面導体板ＢＭに沿うように伝搬する。そのため、背面導体板ＢＭの裏側への回り込み量を向上させる観点においては、垂直偏波アンテナ５と背面導体板ＢＭとの離隔を考慮する必要はない。

　また、回路基板３の厚みが電気的にλ／４以上である場合、回路基板３の下側面において平行偏波アンテナ４ｘと重なる部分にもグランドパターンが形成されていても良い。回路基板３の厚みが電気的にλ／４以上である場合、例えば図１９に示すように垂直偏波アンテナ５用のグランドパターン３５βが、平行偏波アンテナ４ｘ用のグランドパターン３５αとは異なるレイヤに設けられていても良い。グランドパターン３５αとグランドパターン３５βは図示しないベリッドビア又はブラインドビアで電気的に接続されていても良い。図１９に示すＤｗは、回路基板３の上側面から下側面までの距離、すなわち、回路基板３の厚みを示しており、電気的にＤｗ＞λ／４の関係を有する。また、図１９に示すＤｖは、対向導体板５１とグランドパターン３５βとの間隔を示している。間隔Ｄｖは、対象周波数でＬＣ並列共振を生じさせるために必要な静電容量を形成するように設定されれば良い。

　その他、垂直偏波アンテナ５を垂直偏波アンテナ５は、回路基板３に対して立設されたモノポールアンテナであってもよい。垂直偏波アンテナ５としても多様なアンテナ構造を採用可能である。ただし、垂直偏波アンテナ５として０次共振アンテナを採用した構成によれば、モノポールアンテナなどを用いる構成に比べて装置の高さを抑制可能となるといった利点を有する。なお、図１等に示す立体アンテナが備える立設部４１もまた、垂直偏波アンテナ５として援用することができる。立設部４１と基板平行部４２を含むアンテナ４は、垂直偏波アンテナ５と平行偏波アンテナ４ｘとを兼ねるアンテナに相当する。ここでの立設部４１には第１立設部４１ａも含まれる。

　＜０次共振アンテナの動作原理の補足＞
　０次共振アンテナを構成する対向導体板５１は、短絡部５２が備えるインダクタンスと所望の周波数（動作周波数）において並列共振するキャパシタンスを形成する面積を有するように設計されている。また、対向導体板５１は、その中央領域に設けられた短絡部５２でグランドパターン３５に短絡されている。

　よって、給電点より対向導体板５１に動作周波数の電力が入力されると、インダクタとキャパシタとの間のエネルギー交換によってＬＣ並列共振が生じ、グランドパターン３５と対向導体板５１との間に、グランドパターン３５に対して垂直な電界が発生する。すなわち、Ｚ軸方向の電界が発生する。この垂直電界は、短絡部５２から対向導体板５１の縁部に向かって伝搬していき、対向導体板５１の縁部において基板垂直偏波となって空間を伝搬していく。

　ここで、ＬＣ並列共振によって生じる垂直電界の伝搬方向は、短絡部５２を中心として対称であるため、短絡部５２に直交する全方位において同程度の利得を有する。換言すれば、１つの０次共振アンテナは、対向導体板５１の中央領域から縁部に向かう全方向に指向性を有する。

　また、アンテナが電波を送信（放射）する際の作動と、電波を受信する際の作動は、互いに可逆性を有する。以上では電波を放射する際を例にとって説明したが、上記構成によれば、基板垂直偏波を受信できる。

　＜ロアケース１の構成について＞
　ロアケース１は、図２０に示すように、樹脂部材の内部に金属フレーム１４が埋め込まれた構成が採用されていても良い。図２０は、ロアケース１の内部構造を概念的に示した図である。図２０に示す１５は、金属フレーム１４の隙間を充填する樹脂を示している。金属フレーム１４は、基板平行部４２などの平行偏波アンテナ４ｘと対向する部分とは傘ならないように構成されていることが好ましい。換言すれば、回路基板３において金属フレーム１４の穴部と重なる領域に、平行偏波アンテナ４ｘが形成されていることが好ましい。なお、図２０に示すように平行偏波アンテナ４ｘの一部は金属フレーム１４と重なっていても良い。

　＜アンテナの搭載数について＞
　以上では平行偏波アンテナ４ｘを１つ備える構成を開示したが、平行偏波アンテナ４ｘは複数設けられていても良い。例えば図２１及び図２２に示すように、基板平行部４２を含むアンテナ４を一列に並ぶように複数備えられていても良い。図２１に示す構成は、アンテナ４としての立体逆Ｌアンテナを複数個（３個）、アレーアンテナとして機能するように所定の間隔をおいてＸ軸方向に並べて配置した構成に相当する。また、図２２に示す構成は、アンテナ４としての立体逆Ｆアンテナが複数個（２個）、Ｘ軸方向に並列配置されている構成に相当する。

　平行偏波アンテナ４ｘを複数個並べて配置した構成によればこれらをアレーアンテナとして作動させることが可能となる。ところで、平行偏波アンテナ４ｘは、車両取り付け時においてはなるべく窓部２１０が存在する方向に、電波が飛ぶように構成されていることが好ましい。アレーアンテナでは、アンテナ４毎の重み係数を調整することにより、指向性（ビーム）を動的に調整可能となる。故に、車両取り付け後、あるいは車両取付前に、取付対象部２００と窓部２１０との位置関係や試験に基づき、各アンテナ４に対する重み係数を設定することにより、車両用無線装置１００から窓部２１０へ向かう方向へ指向性を向かせることが可能となる。その結果、取付対象部２００の裏側への電波の回り込み量を増大させることが可能となる。なお、お重み係数は、デジタルウェイトやアレーファクタと呼ばれることがある。重み係数は、振幅を調整する振幅係数と、位相を調整する位相係数とを含む。ビームを調整する方法としては多様な方法を援用することができる。以上では平行偏波アンテナ４ｘを複数配置した構成について述べたが、垂直偏波アンテナ５に関しても、複数設けられていても良い。

　＜適用車両について＞
　上記の車両用無線装置１００は、道路上を走行する多様な車両に適用可能である。すなわち、本開示は、四輪自動車のほか、二輪自動車、三輪自動車等、道路上を走行可能な多様な車両に搭載可能である。原動機付き自転車も二輪自動車に含めることができる。本開示のシステム／装置／方法等が適用される車両は、個人によって所有されるオーナーカーであってもよいし、サービスカーであってもよい。サービスカーとは、例えば、カーシェアリングサービスや車両貸し出しサービスに供される車両を指す。サービスカーには、タクシーや路線バス、乗り合いバスなどが含まれる。また、サービスカーは、運転手が搭乗していない、ロボットタクシーまたは無人運行バスなどであってもよい。サービスカーには、広く、移動サービスを提供する車両を含めることができる。サービスカーには、荷物を所定の目的地まで自動運搬する無人配送ロボットとしての車両を含めることができる。

　＜付言＞
　上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能は、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。加えて、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。

Claims (13)

1. 　７００ＭＨｚ以上の所定の対象周波数の電波の送信又は受信するための回路（３２）が実装された、誘電体を用いてなる回路基板（３）と、
   　前記電波を受信するためのアンテナであって、前記回路基板に対して平行な部分である基板平行部（４２）を備えることにより、電界の振動方向が前記回路基板に対して平行な前記電波である基板平行偏波を受信可能に構成されている平行偏波アンテナ（４、４ｘ）と、
   　前記回路基板及び前記平行偏波アンテナを収容するケース（１、２）と、を備え、
   　前記回路基板が車両の所定の取付面に対して対向する姿勢で取り付けられて使用される車両用無線装置であって、
   　前記回路基板において前記基板平行部と重なる領域には、前記回路にとってのグランド電位を提供する導体板であるグランド部（３５）が形成されていない車両用無線装置。
2. 　請求項１に記載の車両用無線装置であって、
   　前記ケースの底面部のうち、少なくとも前記基板平行部と対向する部分は樹脂製であって、
   　前記基板平行部が車体からλ／４（λは前記電波の波長）以上離れる態様で車体に取り付けて使用される車両用無線装置。
3. 　請求項２に記載の車両用無線装置であって、
   　前記ケースの側面部には、前記ケース内における前記基板平行部の位置を示す線であるマーカー（２４）が付与されている車両用無線装置。
4. 　７００ＭＨｚ以上の所定の対象周波数の電波の送信又は受信するための回路（３２）が実装された回路基板（３）と、
   　前記電波を受信するためのアンテナであって、前記回路基板に対して平行な部分である基板平行部（４２）を備えることにより、電界の振動方向が前記回路基板に対して平行な前記電波である基板平行偏波を受信可能に構成されている平行偏波アンテナ（４、４ｘ）と、
   　前記回路基板及び前記平行偏波アンテナを収容するケース（１、２）と、を備え、
   　前記回路基板が車両の所定の取付面に対して対向する姿勢で取り付けられて使用される車両用無線装置であって、
   　前記ケースの底面部は金属製であって、
   　前記基板平行部は、前記ケースの底面部（１１）から電気的にλ／４（λは前記電波の波長）以上、上側となる位置に配置されており、
   　前記ケースの内部において前記基板平行部と重なる領域のうち、前記基板平行部の下側λ／４以内となる領域には、前記基板平行部と対向する導体板は配置されていない車両用無線装置。
5. 　請求項４に記載の車両用無線装置であって、
   　前記回路基板において、前記基板平行部と重なる領域には、前記回路にとってのグランド電位を提供する導体板であるグランド部（３５）は形成されていない車両用無線装置。
6. 　請求項４又は５に記載の車両用無線装置であって、
   　前記回路基板としての第１基板（３Ａ）と、
   　前記第１基板とは異なる基板である第２基板（３Ｂ）と含み、
   　前記第２基板の下側面又は内部には、グランド電位を提供する導体板である第２基板グランド部（３５Ｂ）が形成されており、
   　前記第２基板は、前記第１基板の下側において、前記基板平行部と前記第２基板グランド部との離隔が電気的にλ／４以上となる位置に、前記第１基板と対向する姿勢で配置されている車両用無線装置。
7. 　請求項４に記載の車両用無線装置であって、
   　前記回路基板は、前記回路にとってのグランド電位を提供する導体板であるグランド部（３５）が形成されたグランド層を含み、
   　前記グランド層と前記基板平行部との離隔が電気的にλ／４以上となるように前記回路基板に対して前記基板平行部が配置されている車両用無線装置。
8. 　請求項１から７の何れか１項に記載の車両用無線装置であって、
   　前記アンテナは、前記回路基板から立設する立設部（４１）と、前記立設部の上端部で前記基板平行部が接続している立体形状を有している車両用無線装置。
9. 　請求項８に記載の車両用無線装置であって、
   　前記アンテナは、Ｌ型アンテナ又はＦ型アンテナである車両用無線装置。
10. 　請求項１から９の何れか１項に記載の車両用無線装置であって、
    　前記基板平行部は、前記回路基板の上側面に配置された所定の厚みを有する樹脂製の支持部（３４）の表面又は内部に形成されている車両用無線装置。
11. 　請求項１から１０の何れか１項に記載の車両用無線装置であって、
    　前記平行偏波アンテナに加えて、
    　電界の振動方向が前記回路基板に垂直な前記電波である基板垂直偏波を受信可能な垂直偏波アンテナ（５）を備える車両用無線装置。
12. 　請求項１１に記載の車両用無線装置であって、
    　前記回路基板の下側面又は内部には、前記回路にとってのグランド電位を提供する導体板であるグランド部（３５）が形成されており、
    　前記垂直偏波アンテナは、
    　前記グランド部と所定の間隔をおいて設けられた平板状の導体部材であって、給電点が設けられている対向導体板（５１）と、
    　前記対向導体板の中央領域に設けられてあって、前記対向導体板と前記グランド部とを電気的に接続する短絡部（５２）と、を用いて構成されており、
    　前記短絡部が備えるインダクタンスと、前記グランド部と前記対向導体板とが形成する静電容量とを用いて前記対象周波数で並列共振するように構成されている車両用無線装置。
13. 　請求項１から１２の何れか１項に記載の車両用無線装置であって、
    　前記平行偏波アンテナを複数備え、
    　複数の前記平行偏波アンテナは所定方向に並んで配置されている車両用無線装置。

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