JP2004253850A

JP2004253850A - アンテナ装置及びアンテナ装置を搭載した車両

Info

Publication number: JP2004253850A
Application number: JP2003039208A
Authority: JP
Inventors: Shinichiro Matsuzawa; 晋一郎松沢; Kazuo Sato; 和夫佐藤
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2003-02-18
Filing date: 2003-02-18
Publication date: 2004-09-09

Abstract

【課題】車両水平方向において水平偏波の利得が高く、ＴＶ放送波の受信特性が安定している車両用アンテナ装置を提供する。
【解決手段】金属ルーフ１１とルーフ内張り１４との間に１枚の導電箔１２（金属箔）を挟み込んむ。さらに、ルーフ内部の導電箔１２の端部から内側に徐々に幅が狭くなるように導電箔に切り込みを入れたノッチアンテナ１０と、アンテナの入力インピーダンスを調整するためのスロットスタブ１６が接続されており、スロットスタブ１６に同軸ケーブル１３で給電している。このように、ルーフの下に近接して配置されることにより、ルーフによりアンテナ面に直交する面内のビームを細くでき、高利得化が可能となる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両に設置されるアンテナ装置に関し、特には、自動車のルーフやトランク部に設けられ、主にＴＶ帯域に用いられるアンテナ装置及びそのアンテナ装置を有する車両に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、金属ルーフ上に搭載されるＴＶ帯域用アンテナとしては特許文献１に記載のモノポールアンテナが知られている。しかし、このようなアンテナは破損しやすい、風きり音が大きい、美観上好ましくないなどの問題が多い。また、これらは放送波の主偏波である水平偏波に対して十分な感度が得られていないという問題がある。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−１３６６１６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来技術の有する上記問題を解消し、車両水平方向において水平偏波の利得が高く、ＴＶ放送波の受信特性が安定している自動車用アンテナ装置及びアンテナ装置を搭載した車両を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段、及び発明の作用と効果】
本発明の請求項１に記載のアンテナ装置は、車両のルーフの下面に近接してルーフとほぼ平行になるように配置され、前記ルーフの端部とその端部が略一致するように配置された金属箔に、前記端部から内側に徐々に幅が狭くなるように前記金属箔に切り込みを入れたノッチアンテナと、前記ノッチアンテナの先に連続するインピーダンス整合用のスロットスタブと、を有し、給電用の同軸線路が、前記スロットスタブの片側にその中心導体が接続され、もう一方の側にその外導体が接続されているアンテナ装置である。
【０００６】
従来のモノポールアンテナのように線上に電流を流すタイプのアンテナにおいては、波長に対して大きいグランド板に接近してアンテナを配置した場合、金属ルーフによるイメージの影響でアンテナと給電線路の入力インピーダンスの整合が取りにくくなり、さらに指向性が車両上部方向に打ちあがってしまい、車両水平方向における水平偏波の利得が低下してしまうという問題があった。
【０００７】
そこで、本願発明者らはこの問題を解決する手段として、開口部を設けて、その開口部の両端に給電することで水平方向の電界を発生させ、テーパー状にして車外へ放射するアンテナを考えた。そして、本アンテナを金属ルーフ近傍にルーフと平行になるように置き、さらに金属ルーフの端部近傍に本アンテナの開口部が来るようにすることで、ルーフにより車両垂直面指向性が絞られ、水平偏波で車両水平方向に強い指向性を有するアンテナを実現できると考えた。
【０００８】
さらに金属ルーフからの距離ｄが３ｃｍ程度と接近して搭載した場合においても、本アンテナは磁流タイプのアンテナのため、入力インピーダンスの整合が取りにくくならないことを見いだした。よって本アンテナを金属ルーフとルーフ内張りの間に搭載することで、無突起構造で、水平偏波で車両水平方向に指向性をもつアンテナの実現が可能となる。
【０００９】
ノッチアンテナの形状としては、上記指向性を実現し、かつＴＶ放送帯の広い周波数帯域を実現するために、給電同軸線路が接続された位置から先のノッチアンテナの幅を広くすることにより、広帯域性を実現している。
【００１０】
本発明の請求項２に記載のアンテナ装置は、ルーフの一部を切り取りそこをサンルーフとした車両において、ルーフの下面に近接してルーフとほぼ平行になるように配置され、前記サンルーフを設置する空間の端部とその端部が略一致するように配置された金属箔に、前記端部から内側に徐々に幅が狭くなるように前記金属箔に切り込みを入れたノッチアンテナと、前記ノッチアンテナの先に連続するインピーダンス整合用のスロットスタブと、を有し、給電用の同軸線路が、前記スロットスタブの片側にその中心導体が接続され、もう一方の側にその外導体が接続されているアンテナ装置である。
【００１１】
ルーフの一部を切り取りそこに樹脂プレートを埋め込んだサンルーフ付きの車両において提案アンテナを設置する方法として、サンルーフが設置される空間の端部近傍にノッチアンテナの開口部が来るようにすることでも同様の効果が得られる。
【００１２】
本発明の請求項３に記載のアンテナ装置は、車両のルーフの下面に近接してルーフとほぼ平行になるように配置され、前記ルーフの端部とその端部が略一致するように配置された誘電体基板上の表面に設けられた金属箔に、前記端部から内側に徐々に幅が狭くなるように前記金属箔に切り込みを入れたノッチアンテナと、前記ノッチアンテナの先に連続するインピーダンス整合用のスロットスタブと、を有し、前記誘電体基板の裏面に、前記スロットスタブに直交するように設けられたマイクロストリップ線路により給電されるアンテナ装置である。
【００１３】
本発明の請求項４に記載のアンテナ装置は、ルーフの一部を切り取りそこをサンルーフとした車両において、ルーフの下面に近接してルーフとほぼ平行になるように配置され、前記サンルーフを設置する空間の端部とその端部がおおよそ一致するように配置された誘電体基板上の表面に設けられた金属箔に、前記端部から内側に徐々に幅が狭くなるように前記金属箔に切り込みを入れたノッチアンテナと、前記ノッチアンテナの先に連続するインピーダンス整合用のスロットスタブと、を有し、前記誘電体基板上の裏面に、前記スロットスタブに直交するように設けられたマイクロストリップ線路により給電されるアンテナ装置である。
【００１４】
アンテナの給電方法としては、同軸ケーブルを用いる場合以外に、マイクロストリップ線路による給電でもいい。このようにすることで、スロットスタブへのケーブルの半田付けが不要となる。
【００１５】
本発明の請求項５に記載のアンテナ装置は、上記アンテナ装置を複数配置し、給電部を切り替えることにより指向性制御を行うアンテナ装置である。
【００１６】
上記のアンテナ装置を複数有し、アレー化することもできる。車両等の移動体においては、放送波の到来方向は移動体の回転により変化するため、水平アンテナ指向性としては、無指向性に近いことが望まれる。アレー化し、指向性制御を行うことで、水平面内指向性を無指向性のアンテナと同等以上の特性を実現することができる。
【００１７】
本発明の請求項６に記載の車両は、上記アンテナ装置を有することを特徴とする車両である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照しながら、本発明を詳細に説明する。
図１及び図２に、本発明の第１の実施の形態のアンテナ装置を示す。本実施の形態のアンテナ装置は、金属ルーフ１１とルーフ内張り１４との間に１枚の導電箔１２（金属箔）を挟み込んでいる。これにより、外見からはアンテナは全く見えず、美観を損ねることが全くない。さらに、ルーフ内部の導電箔１２の端部から内側に徐々に幅が狭くなるように導電箔に切り込みを入れたノッチアンテナ１０と、アンテナの入力インピーダンスを調整するためのスロットスタブ１６が接続されており、スロットスタブ１６に同軸ケーブル１３で給電している。本実施の形態のアンテナ装置は、ルーフの下に近接して配置されることにより、ルーフによりアンテナ面に直交する面内のビームを細くでき、高利得化が可能となる。
【００１９】
搭載する車両としては、図１にあるセダンタイプの車両以外に、ＲＶ車や小型車等、ルーフのある車両には全て搭載可能である。また、ここでいう車両のルーフは、居住空間上部のルーフのみならず、エンジン上部のボンネットや、車両後部のトランク部等を含み、車両の水平部分ならば搭載可能である。
【００２０】
図２は本実施の形態のアンテナ装置の構造の詳細図を示すものである。本実施の形態のアンテナ装置は、上記ノッチアンテナ１０と、長さを変えることでアンテナのインピーダンスの調整ができるスロットスタブ１６で構成されている。素子寸法Ａ_１を変えることによりアンテナ装置を含む面内の指向性のビーム幅を制御でき、Ａ_１とＢ_１の比によりアンテナ装置の比帯域が変化する。またスロットスタブ長Ｂ_２を変えることによりアンテナ装置の入力インピーダンスおよび共振周波数を制御できる。また本アンテナ装置は、同軸ケーブル１３をスロットスタブの片側に同軸ケーブルの外皮１７を半田付けし、もう片方に中心導体１８を半田付けをして給電している。
【００２１】
図３に、セダンタイプの車両において、金属ルーフよりｄ＝３ｃｍ下の位置に本実施の形態のアンテナ装置と、比較のためにダイポールアンテナを置いたときの車両水平面の水平偏波指向性（周波数６２０ＭＨｚ）を示す。本実施の形態のアンテナ装置とダイポールアンテナの場合とを比較すると、本実施の形態のアンテナ装置の方がダイポールアンテナより３０ｄＢ程度、利得が高いことから、本実施の形態のアンテナ装置のほうが良好な特性を有していることが分かる。車載したダイポールアンテナの利得がこのように低いのは、ダイポールアンテナのそばに金属ルーフがあるためにアンテナの整合がとれないことによる損失が大きいためであるが、本実施の形態のアンテナ装置では良好な整合特性が得られているため、この損失がない。また、本実施の形態のアンテナ装置の指向性は、この場合ルーフ前方側にアンテナを搭載しているため、車両前方方向に約２ｄＢｉとダイポールアンテナ単体（ダイポールアンテナを車体に搭載しない場合）の利得相当の特性が得られている。また車両後方にも前方方向よりは低いものの、−５ｄＢｉ程度と車両左右方向に比べて高い利得となっていることが分かる。
【００２２】
図４に、本発明の第２の実施の形態のアンテナ装置を示す。サンルーフ搭載車両においては、第１の実施の形態のようなアンテナの配置が他の機器との関係で困難な場合がある。その場合においては、サンルーフが設置される空間の端部近傍にノッチアンテナの開口部がくるような配置とすることで第１の実施の形態と同様な特性のアンテナが実現できる。
【００２３】
なお、アンテナの給電方法としては、上記同軸ケーブルを用いた場合以外にマイクロストリップ線路による給電でもよい。図５に示すように薄い誘電体基板２１の上面にノッチアンテナ１０およびスロットスタブ１６を構成し、その裏面にマイクロストリップ線路２０をスロットスタブ１６と直交するように構成し、スロットスタブ１６とマイクロストリップ線路２０を空間結合させることで、スロットスタブ１６へのケーブルの半田付けを不要することができる。
【００２４】
また、上記実施の形態の変形例として、第１の実施の形態のアンテナ装置や第２の実施の形態のアンテナ装置を複数有し、アレー化することも可能である。図６に、水平面内で無指向性のアンテナと同等の特性を得るために、第１の実施の形態のアンテナ装置をアレー化した実施の形態を示す。車載用ＴＶアンテナにおいては、放送波の到来方向は車両の回転により絶えず変化するため、水平面アンテナ指向性としては、無指向性に近いことが望まれる。図６に示すような２素子のアレーとした場合、アンテナ１を給電した場合の指向性は図の＃１のようになり、アンテナ２を給電した場合は＃２のようになる。よって本実施の形態のアレーアンテナでは、指向性制御回路３０により指向性制御を行うことにより水平面内指向性が無指向性のアンテナを用いた場合と同等以上の特性を実現できる。また各素子を別々の導体箔とした場合に比べて、本図のように１枚の導体箔上に複数のアンテナ素子を構成することにより、アンテナの取り付け工程が一回ですみ、容易になる。また、本構成では指向性制御回路３０についても、薄型化することによりルーフ内部への搭載が可能となるため、アンテナと回路をルーフ内部への統合化が可能となるため、取付けコストの削減が可能となる。
【００２５】
図７に、第２の実施の形態のアンテナ装置を２素子のアレーとした場合の例を示す。図６と同様に、アンテナ１に給電した場合にはその指向性が＃１のようになり、アンテナ２に給電した場合には指向性が＃２のようになるため、指向性制御により水平面指向性が無指向性のアンテナを用いた場合と同等以上の特性が得られる。
【００２６】
図８に第１の実施の形態のアンテナ装置を４素子のアレーとした場合の例を、図９に第２の実施の形態のアンテナ装置を４素子のアレーとした場合の例を示す。２素子アレーに比べ、このようにアンテナ素子数を増やすことにより、よりアレーの特性を向上させることができる。
【００２７】
以上の実施の形態の変形例のアレーアンテナにおいては、指向性制御の効果を得るためには、素子間相互結合を減らす必要がある。そのための手段としては、図１０に示すように隣接する素子の間にチョーク３１を挿入する、もしくは図１１に示すように対向している素子間の結合を減らすために、その片方の素子の向きを変えることも好適である。
【００２８】
本発明に用いられるノッチアンテナ１０は、以上の実施の形態で開示したアンテナパターンに限られることはない。例えば、図１２に示したようなアンテナパターンでもよい。図１２（ａ）、（ｂ）のようにノッチアンテナのテーパ部の傾きを曲線で最適化することにより、周波数帯域を直線の場合に比べて、広帯域化できる。図１２（ｃ）はテーパー部を階段状としたもので、直線とした場合に比べて広帯域でき、かつテーパを曲線とした場合に比べてテーパ部の製作が容易となる。図１２（ｄ）、（ｅ）のようにテーパ部を２種類の傾きの直線で形成することにより、所望の帯域を確保しつつ、アンテナ全体の小型化が可能となる。
【００２９】
なお、本発明のアンテナ装置はワイヤレスキーシステム、タイヤ空気圧警報システム、電話、ＧＰＳ、ＶＩＣＳ、衛星ラジオ、ＥＴＣ、ＤＳＲＣなどのアンテナへの応用も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態のアンテナ装置の全体斜視図。
【図２】本発明の第１の実施の形態のアンテナ装置の拡大図。
【図３】本発明の第２の実施の形態のアンテナ装置の水平指向性を示す図。
【図４】本発明の第２の実施の形態のアンテナ装置の全体斜視図。
【図５】本発明の第２の実施の形態のアンテナ装置の拡大図。
【図６】本発明の第１の実施の形態のアンテナ装置の変形例（２素子アレー）を示す図。
【図７】本発明の第２の実施の形態のアンテナ装置の変形例（２素子アレー）を示す図。
【図８】本発明の第１の実施の形態のアンテナ装置の変形例（４素子アレー）を示す図。
【図９】本発明の第２の実施の形態のアンテナ装置の変形例（４素子アレー）を示す図。
【図１０】本発明の第１の実施の形態のアンテナ装置の変形例（チョーク付き４素子アレー）を示す図。
【図１１】本発明の第２の実施の形態のアンテナ装置の変形例（４素子アレーにおいて素子配置変更）を示す図。
【図１２】本発明のアンテナ装置のノッチアンテナの変形例を示す図。
【符号の説明】
１０：ノッチアンテナ
１１：金属ルーフ
１２：導電箔
１３：同軸ケーブル
１４：ルーフ内張り
１５：サンルーフ
１６：スロットスタブ
１７：外導体
１８：内導体
１９：はんだ付け
２０：マイクロストリップ線路
２１：誘電体
３０：指向性制御回路
３１：チョーク

Claims

車両のルーフの下面に近接してルーフとほぼ平行になるように配置され、
前記ルーフの端部とその端部が略一致するように配置された金属箔に、前記端部から内側に徐々に幅が狭くなるように前記金属箔に切り込みを入れたノッチアンテナと、
前記ノッチアンテナの先に連続するインピーダンス整合用のスロットスタブと、
を有し、
給電用の同軸線路が、前記スロットスタブの片側にその中心導体が接続され、もう一方の側にその外導体が接続されているアンテナ装置。
ルーフの一部を切り取りそこをサンルーフとした車両において、ルーフの下面に近接してルーフとほぼ平行になるように配置され、
前記サンルーフを設置する空間の端部とその端部が略一致するように配置された金属箔に、前記端部から内側に徐々に幅が狭くなるように前記金属箔に切り込みを入れたノッチアンテナと、
前記ノッチアンテナの先に連続するインピーダンス整合用のスロットスタブと、
を有し、
給電用の同軸線路が、前記スロットスタブの片側にその中心導体が接続され、もう一方の側にその外導体が接続されているアンテナ装置。
車両のルーフの下面に近接してルーフとほぼ平行になるように配置され、
前記ルーフの端部とその端部が略一致するように配置された誘電体基板上の表面に設けられた金属箔に、前記端部から内側に徐々に幅が狭くなるように前記金属箔に切り込みを入れたノッチアンテナと、
前記ノッチアンテナの先に連続するインピーダンス整合用のスロットスタブと、
を有し、
前記誘電体基板の裏面に、前記スロットスタブに直交するように設けられたマイクロストリップ線路により給電されるアンテナ装置。
ルーフの一部を切り取りそこをサンルーフとした車両において、ルーフの下面に近接してルーフとほぼ平行になるように配置され、
前記サンルーフを設置する空間の端部とその端部が略一致するように配置された誘電体基板上の表面に設けられた金属箔に、前記端部から内側に徐々に幅が狭くなるように前記金属箔に切り込みを入れたノッチアンテナと、
前記ノッチアンテナの先に連続するインピーダンス整合用のスロットスタブと、
を有し、
前記誘電体基板上の裏面に、前記スロットスタブに直交するように設けられたマイクロストリップ線路により給電されるアンテナ装置。
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のアンテナ装置を複数配置し、給電部を切り替えることにより指向性制御を行うアンテナ装置。
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のアンテナ装置を搭載した車両。