JP2009111704A - 車両用受信設備 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁雑音を受けにくく良好な指向性を有する車両用受信設備を提供する。
【解決手段】車両用受信設備１は、超短波放送（ＦＭ放送）などを受信するものである。アンテナ素子１１は、車両２０の金属製のルーフ部２１の周縁部に配置されている。また、ラジアル１２が、ルーフ部２１のアンテナ素子１１の配置箇所と等電位になるよう一端が電気的に接続されている。ラジアル１２は、また、このルーフ部の接続箇所近傍から、リアガラス３０の表面または内面に沿って延設されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、車両に施設して、良好にラジオ放送等を受信するための車両用受信設備に関する。

現在市販されているほとんどの自動車には、ラジオ放送を受信するための受信機と、ラジオ放送波を受けるため受信機に接続されたアンテナとが装備されている。自動車に施設される受信設備（受信機およびアンテナ）は、据え置き型の受信設備や携帯用の受信機とは異なる要件を満たすことが望まれる。要件のひとつは、各種の電気機器が搭載され、受信設備の設置箇所が各種の条件によって制限される自動車において、電磁雑音を受けにくいことである。別の要件は、自動車が変針しても（つまり、電波の到来方向に対して自動車の進行方向が変化しても）、フェージングの影響が小さいことである。

従来、車室内前方側の車両幅方向略中央に配置されるラジオに適用した「車両用アンテナ構造」であって、ＡＭ波やＦＭ波等のラジオ用電波を受信するモノポールアンテナをラジオ（受信機）と接続ケーブルで繋ぎ、そして、センタクラスタ機器、ボディＥＣＵおよび電動モータ等のアンテナの近傍に位置して電気ノイズを発生するおそれのある機器を、金属製のカバーで覆うとともに、これらのカバーをアース線等のハーネスを介して車体ボディ側に接地（アース）したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−３６９６４号公報（段落［００１４］，［００１８］、図１）

しかしながら、前記「車両用アンテナ構造」（特許文献１記載）では、電気ノイズを発生するおそれのある機器を金属製のカバーで覆うとしているが、例えば近年一般的になりつつあるハイブリッド車のパワープラントをはじめとして、いくつもの機器（特に、電気機器）を十分に電磁遮蔽することは難しい。このため、アンテナから電磁雑音が混入してラジオ受信機がその影響を受けやすい問題点があった。また、この「車両用アンテナ構造」は、車室内前方側に配置されるため、ボディ後方から到来する受信波が特に大きく減衰し、アンテナの指向方向が前方に偏る問題点があった。

そこで、本発明は、前記した問題点を解決し、電磁雑音を受けにくく良好な指向性を有する車両用受信設備を提供することをその課題とする。

前記課題を解決するため、本発明による車両用受信設備は、車両の金属製のルーフ部の周縁部に配置されたアンテナ素子と、ルーフ部の前記アンテナ素子の配置箇所と等電位になるよう一端が電気的に接続され、当該ルーフ部から延設されたラジアルとを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、電磁雑音を受けにくく良好な指向性を有する車両用受信設備を提供できる。

次に、本発明を実施するための最良の形態（以下「実施形態」という）について、添付の図面を参照し、詳細に説明する。
図１（ａ）は、本発明による車両用受信設備１（図４を参照して後記）を設置した車両２０の外観を示す斜視図であり、図１（ｂ）は、その要部を拡大して模式的に示す斜視図である。図１を参照すると、アンテナ素子１１およびラジアル１２が、車両用受信設備１の主たる構成要素である。

車両２０のルーフ部２１上の後端近傍、すなわちリアガラス３０の近傍であって、車両２０の進行方向について左右中央近傍には、アンテナ素子１１が配置されている。なお、ルーフ部２１の後端部に限らず、ルーフ部の周縁部であれば、アンテナ素子１１を配置することができる。アンテナ素子１１は、接地形であって、金属製のルーフ部２１に接地され、その電気的な長さ（電気長）は、波長λの受信波に良好に共振するλ／４とするか、水平方向に近い打ち上げ角が得られる５λ／８とすることが好ましい。アンテナ素子１１は、例えば、車載ラジオアンテナとして用いられているマイクロアンテナやホイップアンテナである。

アンテナ素子１１の接地点近傍から、リアガラス３０に沿って、車両２０の後方に向かい、ラジアル１２が配置されている。ラジアル１２は、導体線または導体膜であって、例えば、銀線、銅線またはアルミニウム線を絶縁被覆したものである。ラジアル１２は、高周波電流の実効抵抗値を低くする観点から、リッツ線を用いてもよい。ラジアル１２の一端（アンテナ素子１１に対して近端）は、アンテナ素子１１の接地点と電気的に接続されている。このラジアル１２の一端と、アンテナ素子１１の接地点とは、直接にまたは接続線（図示せず）を用いて接続されていてもよいし、車両２０の金属部分（ルーフ部２１など）を介して接続されていてもよい。ラジアル１２の他端（アンテナ素子１１に対して遠端）が車両２０に接地されている例について図示するが、この端部（遠端）は接地しなくてもよい。

つまり、ラジアル１２の延設方向は、いずれも、ルーフ部２１上のアンテナ素子１１に近い接地点から、ウィンドウガラスの面に沿って、ルーフ部２１から遠ざかる方向である。すなわち、アンテナ素子１１をルーフ部２１の周縁部後方に配置した場合、ラジアル１２は、ルーフ部２１上の接地点から、リアガラス３０の面に沿って、車両２０（図１参照）の概略後方に向かって延設されることとなる。換言すれば、ラジアル１２の少なくとも一部は、車両２０を左右に分割する面に対して平行に延設されている。

ラジアル１２の電気的な長さ（電気長）は、受信波の（自由空間での）波長λを基準として、この受信波の基本波に共振するように、例えば、λ／４とする。この場合、ラジアル１２の物理的な長さ（物理長）は、その電気長（つまり、λ／４）に、リアガラス３０の誘電率などを考慮して決定される所定の波長短縮率を乗算した値となる。また、ラジアル１２の電気長は、５λ／８としてもよい。この場合、例えば、アンテナ素子１１の電気長も５λ／８とするとよい。さらに、ラジアル１２の電気長は、λ／ｎ（ｎは、１以上２０以下の整数）としたときも、良好な受信性能が得られる。ラジアル１２の長さをλ／ｎとしたのは、受信波の低調波、基本波、高調波のいずれかに共振動作するからであり、ｎを２０以下としたのは、ラジアル１２がこの長さであるとき、ラジアル１２が所定の効果を発揮することが期待でき、また、ラジアル１２が受信波の波長λに対して短すぎると、効果が期待できないからである。

また、ラジアル１２の長さの基準は、ラジアル１２がリアガラス３０上に延設されている部分の長さとしてもよい。つまり、リアガラス３０上のラジアル１２の電気長を、前記したように、５λ／８、λ／４、またはλ／ｎ（ｎは、１以上２０以下の整数）としてもよい。なぜなら、ラジアル１２は、ルーフ部２１の後端部に配置されたアンテナ素子１１の近傍から延設されているため、ラジアル１２の大部分がリアガラス３０上に延設されているからである。また、ラジアル１２は、金属部材であるルーフ部２１上よりも、誘電体からなるリアガラス３０上に延設された部分が、グランドプレーンとして特徴的に動作するからである。

リアガラス３０には、複数の熱線３１を含むデフォッガ３２が配置され、スイッチ２６およびヒューズ（図示せず）などを介してバッテリ２７に接続されている。

図２は、本発明による車両用受信設備１（図４参照）を設置した車両２０，２０ｂの外観を示す側面図であり、図２（ａ）は４ドア車の場合を示し、図２（ｂ）は５ドア車の場合を示す。
図２（ａ）に示すように、４ドア車である車両２０の場合、そのルーフ部２１の後端近傍にアンテナ素子１１を配置し、アンテナ素子１１の接地点またはその近傍から、リアガラス３０に沿って、車両２０の後方に向かってラジアル１２を延設することによって、アンテナ１０を構成できる。
図２（ｂ）に示すように、５ドア車である車両２０ｂの場合、４ドア車である車両２０の場合と同様に、そのルーフ部２１の後端近傍にアンテナ素子１１を配置し、アンテナ素子１１の接地点またはその近傍から、リアガラス３０に沿って、車両２０の後方に向かってラジアル１２を延設することによって、アンテナ１０を構成できる。

図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、車両２０，２０ｂは、ハイブリッド車または電気自動車であって、その車室内後部下方に、車室内パワープラント２５を備えている。アンテナ素子１１は、車室内後部上方のルーフ部２１に位置しているので、車室内パワープラント２５などの車室内後部に配置されている機器類からの電磁雑音の影響を比較的受けやすいが、本実施形態の構成により、その電磁雑音の影響を効果的に抑制している。
また、ルーフ部２１は、車両２０のうち最も地上高の高い位置を占めているため、ルーフ部２１に配置されたアンテナ素子１１の設置高も高くなり、特に超短波以上の周波数帯域において、受信信号の強度を高めることができる。
さらに、ルーフ部２１の後端部にアンテナ素子１１を配置することによって、車両２０，２０ｂに流麗な印象を付与し、その意匠性を向上させることができる。

図３は、ラジアル１２に沿ってリアガラス３０を切断した面を示す縦断面図である。図３（ａ）から図３（ｄ）に示す各図において、その紙面に沿って上方が車室外側であり、その紙面に沿って下方が車室内側である。
図３（ａ）から図３（ｄ）に示すリアガラス３０の車室内側表面には、いずれも、デフォッガ３２（図１参照）を構成する熱線３１が配設されている。

図３（ａ）に示すように、ラジアル１２配置の第１例では、リアガラス３０の車室外側表面に沿って、ラジアル１２が延設されている。熱線３１は、（１）直流電流の通電によって発熱するものであり、直流のみならず高周波電流に対しても比較的にインピーダンスが大きいものであること、（２）誘電体であるリアガラス３０によってラジアル１２が隔てられていること、（３）ラジアル１２の延設方向（車両２０の前後方向）と熱線３１の延設方向（車両２０の左右方向）とがおおよそ直角であること、から、熱線３１はラジアル１２に対して、導電体としての影響をあまり与えない。

図３（ｂ）に示すように、ラジアル１２配置の第２例では、ラジアル１２をリアガラス３０に埋め込んで形成している。この例でも、第１例と同様の効果が得られるが、理由（２）に基づく効果のために、ラジアル１２がリアガラス３０の車室外側寄りになるように、ラジアル１２を埋め込む。

図３（ｃ）に示すように、ラジアル１２配置の第３例では、ラジアル１２は、リアガラス３０の車室内側表面に沿って延設され、ラジアル１２と熱線３１とを絶縁するため、これらの間に絶縁部材３３を介在させている。

図３（ｄ）に示すように、ラジアル１８配置の第４例では、高周波良導体からなる心線１８ａを絶縁物からなる被覆１８ｂで覆って形成したラジアル１８を、リアガラス３０の車内内側表面に（すなわち、熱線３１をまたいで）延設したものである。

図４は、本発明による車両用受信設備１を模式的に示す説明図である。
この車両用受信設備１は、アンテナ素子１１およびラジアル１２を備えたアンテナ１０と、内部導体（心線）１４および外部導体（網線）１３を備えた同軸ケーブル１５と、受信機１６とを含んで構成されている。
アンテナ素子１１は、その本体直下に、目的の周波数の受信信号を増幅する小信号高周波増幅器である前置増幅器１７を備えているとよい。

前置増幅器１７からの出力信号は、同軸ケーブル１５によって受信機１６に導かれている。同軸ケーブル１５の外部導体１３の一端（上端）は、アンテナ素子１１の出力端子の接地側とともに、ルーフ部２１に電気的に接続されている。ラジアル１２も、この接続箇所またはその近傍に接地されているので、アンテナ素子１１の接地点、同軸ケーブル１５の上端部、および、ラジアル１２のアンテナ素子１１側は、受信時にほぼ同電位で動作する。したがって、アンテナ素子１１の前方では、ルーフ部２１がグランドプレーンとして動作し、アンテナ素子１１の後方では、ラジアル１２がグランドプレーンとして動作する。このように、アンテナ１０は、実質的に水平面内無指向性となるため、車両２０（図１など参照）の変針によるフェージングの影響を抑制できる。

同軸ケーブル１５の他端（下端）では、内部導体１４は、受信機１６の内部の回路に接続され、外部導体１３は、受信機１６の筐体に接続されている。受信機１６の筐体は金属製であり、車両２０（図１など参照）の車室内に接地されている。このように、アンテナ素子１１の接地側、ラジアル１２のアンテナ素子１１側、ルーフ部２１の後端部、同軸ケーブル１５の外部導体１３、および、受信機１６の筐体がおのおの接続され、ルーフ部２１および車両２０の車室内に接地されているため、アンテナ素子１１からの受信信号は、車室内パワープラント２５（図２参照）などからの電磁雑音が混入することが抑制され、受信機１６に到達する。

受信機１６は、典型的には、超短波放送（いわゆるＦＭラジオ放送）を受信するものであるが、中波放送（いわゆるＡＭラジオ放送）、テレビジョン放送、文字多重放送、音声多重放送、データ多重放送などの受信機能を有していてもよい。これらの場合、アンテナ素子１１に加えて、受信対象となる放送波の周波数に適合した素子を備えることとする。

図５（ａ）は、第１変形例のラジアル１２を備えた５ドアの車両２０ｃを後部から見た状態を示す背面図であり、図５（ｂ）は、第２変形例のラジアル１２を備えた５ドアの車両２０ｄを後部から見た状態を示す背面図であり、図５（ｃ）は、第３変形例のラジアル１２を備えた５ドアの車両２０ｅを後部から見た状態を示す背面図であり、図５（ｄ）は、比較例の５ドアの車両２０ｆを後部から見た状態を示す背面図である。説明の都合上、後部ドアを開放した状態を図示してある。

図５（ａ）に示すように、第１変形例のラジアル１２は、車両２０ｃにおいて、ルーフ部２１（図１など参照）との接続点Ｇから、進行方向右側（紙面右方）へ延伸し、車両２０ｃの右端近傍で屈曲して接続点Ｇの近傍まで戻り、ほぼ直角に屈曲してリアガラス３０に沿って車両２０ｃの後方へ延伸している。図示しないが、このラジアル１２は、車両２０ｃにおいて、ルーフ部２１（図１など参照）との接続点Ｇから、進行方向左側（紙面左方）へ延伸し、車両２０ｃの左端近傍で屈曲して接続点Ｇの近傍まで戻り、ほぼ直角に屈曲してリアガラス３０に沿って車両２０ｃの後方へ延伸していてもよい。このように、ラジアル１２は、直線状に延伸するだけでなく、屈曲または湾曲した形状としてもよい。

図５（ｂ）に示すように、第２変形例のラジアル１２は、車両２０ｄにおいて、一端が車両２０ｄのボディ上部またはルーフ部２１（図１等参照）後縁における進行方向右端近傍に接続され、進行方向左側（紙面左方）へ延伸し、左右方向中央近傍でほぼ直角に屈曲してリアガラス３０に沿って車両２０ｄの後方へ延伸している。図示しないが、このラジアル１２は、車両２０ｄにおいて、一端が車両２０ｄのボディ上部またはルーフ部２１（図１等参照）後縁における進行方向左端近傍に接続され、進行方向右側（紙面右方）へ延伸し、左右方向中央近傍でほぼ直角に屈曲してリアガラス３０に沿って車両２０ｄの後方へ延伸していてもよい。

図５（ｃ）に示すように、第３変形例のラジアル１２は、車両２０ｅにおいて、その進行方向右端（紙面右方）でルーフ部２１（図１等参照）と後部ドアとを電気的に接続するボンディングワイヤ１２ａと、閉鎖状態の後部ドアにおいて、その上端が後部ドア上部の左右方向中央近傍に接続され、車両２０の後方へ延伸するラジアル１２本体とからなる。図示しないが、ボンディングワイヤ１２ａは、その進行方向左端（紙面左方）でルーフ部２１（図１等参照）と後部ドアとを電気的に接続してもよい。つまり、ボンディングワイヤ１２ａは、電気的に、ラジアル１２の一部をなしている。

図５（ａ）〜図５（ｃ）に示すように、後部ドアまたはルーフ部２１（図１など参照）の周縁（つまり、後部ドアまたはルーフ部２１と、リアガラス３０との境目）であってラジアル１２が横切る箇所、換言すれば、後部ドアまたはルーフ部２１とリアガラス３０との境目であってアンテナ１０に近接した箇所に、前記した周縁または境目に関する接線（図示せず）を引く。そして、ラジアル１２のうち、ある一部は、この接線に対して平行になるように車両２０ｃ〜２０ｅのルーフ部２１、後部ドア、リアガラス３０などに延設してもよいし、ラジアル１２のうち、別の一部は、この接線に対して垂直になるように車両２０ｃ〜２０ｅのルーフ部２１、後部ドア、リアガラス３０などに延設してもよい。
図５（ｄ）に示すように、比較例の車両２０ｆは、ラジアル１２を有していない。

図６（ａ）は、図５（ａ）に示す本実施形態の車両２０ｃにおける受信特性を周波数に対するノイズレベルで示すグラフであり、図６（ｂ）は、図５（ｂ）に示す比較例の車両２０ｄにおける受信特性を周波数に対するノイズレベルで示すグラフである。
図６（ａ）に示すように、本実施形態の車両２０ｃでは、８７．５ＭＨｚから１０８．５ＭＨｚのほとんどの周波数範囲において、ノイズフロアー（暗ノイズ）を基準とするノイズレベルの大きさが、５[ｄＢμＶ]以内に収まっていて、車室内のノイズ源による影響が非常に小さいことが分かる。
図６（ｂ）に示すように、比較例の車両２０ｄでは、８７．５ＭＨｚから１０８．５ＭＨｚのほとんどの周波数範囲において、ノイズフロアー（暗ノイズ）を基準とするノイズレベルの大きさが、５[ｄＢμＶ]以上１０[ｄＢμＶ]以下であり、車室内のノイズ源による影響を受けていることが分かる。

図７は、本実施形態の車両２０の車室内パワープラント２５（図２参照）内にノイズ源を設置し、アンテナ素子１１の頂点位置における受信周波数に対する空間電界強度を、ラジアル１２の太さごとにシミュレーションした結果を示すグラフである。

図示するように、ラジアル１２がない場合、ノイズの電界強度は、周波数が高くなるに従ってわずかずつ上昇している。
これに対して、ラジアル１２がある場合、おおよそ８５ＭＨｚ以上の周波数帯域で、ノイズの電界強度が、ラジアル１２がない場合よりも有意に低くなっている。すなわち、ラジアル１２を備えることによって、ノイズを低減する効果があることが分かる。

また、直線状の０．５ｍｍ径のラジアル１２を備えた場合、８９ＭＨｚ近傍でノイズの電界強度が最も低くなっている。また、直線状の１．０ｍｍ径のラジアル１２を備えた場合、８５ＭＨｚ以上の周波数帯域でノイズの電界強度が平坦に低くなっている。また、直線状の２．０ｍｍ径のラジアル１２を備えた場合、直線状の１．０ｍｍ径のラジアル１２を備えた場合と同様に８５ＭＨｚ以上の周波数帯域でノイズの電界強度が平坦に低くなっているが、７９ＭＨｚ近傍でノイズの電界強度が最も低くなっている。
このように、ラジアル１２の径（太さ）を変えることによって、ノイズを低減する効果のある周波数帯域を選択することができる。

（ａ）は、本発明による車両用受信設備を設置した車両の外観を示す斜視図であり、（ｂ）は、その要部を拡大して模式的に示す斜視図である。 本発明による車両用受信設備を設置した車両の外観を示す側面図であり、（ａ）は４ドア車の場合を示し、（ｂ）は５ドア車の場合を示す。 ラジアルに沿ってリアガラスを切断した面を示す縦断面図である。 本発明による車両用受信設備を模式的に示す説明図である。 （ａ）は、第１変形例のラジアルを備えた５ドアの車両を後部から見た状態を示す背面図であり、（ｂ）は、第２変形例のラジアルを備えた５ドアの車両を後部から見た状態を示す背面図であり、（ｃ）は、第３変形例のラジアルを備えた５ドアの車両を後部から見た状態を示す背面図であり、（ｄ）は、比較例の５ドアの車両を後部から見た状態を示す背面図である。 （ａ）は、図５（ａ）に示す本実施形態の車両における受信特性を周波数に対するノイズレベルで示すグラフであり、（ｂ）は、図５（ｂ）に示す比較例の車両における受信特性を周波数に対するノイズレベルで示すグラフである。 本実施形態の車両の車室内パワープラント内にノイズ源を設置し、アンテナ素子の頂点位置における受信周波数に対する空間電界強度を、ラジアルの太さごとにシミュレーションした結果を示すグラフである。

符号の説明

１ 車両用受信設備
１０ アンテナ
１１ アンテナ素子
１２ ラジアル
１５ 同軸ケーブル
１６ 受信機
１７ 前置増幅器
２０，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ 車両
２１ ルーフ部
２５ 車室内パワープラント
３０ リアガラス
３１ 熱線
３２ デフォッガ

Claims (13)

1. 車両の金属製のルーフ部の周縁部に配置されたアンテナ素子と、
   前記ルーフ部の前記アンテナ素子の配置箇所と等電位になるよう一端が電気的に接続され、当該ルーフ部から延設されたラジアルと、
   前記アンテナ素子で受信した信号が入力される受信機と、
   を備えたことを特徴とする車両用受信設備。
2. 前記ラジアルの電気長は、受信波の波長をλとしたとき、略λ／ｎ（ｎは、１以上２０以下の整数）であることを特徴とする請求項１に記載の車両用受信設備。
3. 前記ラジアルの電気長は、受信波の波長をλとしたとき、略５λ／８であることを特徴とする請求項１に記載の車両用受信設備。
4. 前記ラジアルの前記車両のガラス部分に延設された部分の電気長は、受信波の波長をλとしたとき、略λ／ｎ（ｎは、１以上２０以下の整数）であることを特徴とする請求項１に記載の車両用受信設備。
5. 前記ラジアルの前記車両のガラス部分に延設された部分の電気長は、受信波の波長をλとしたとき、略５λ／８であることを特徴とする請求項１に記載の車両用受信設備。
6. 前記受信波は、超短波ＦＭ放送のものであることを特徴とする車両用受信設備。
7. 前記ラジアルの少なくとも一部は、前記車両の金属部分の周縁の当該ラジアルが横切る箇所における当該周縁またはその接線に対して略垂直に延設されたことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の車両用受信設備。
8. 前記ラジアルの少なくとも一部は、前記車両を左右に分割する面に対して平行であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の車両用受信設備。
9. 前記ラジアルの少なくとも一部は、湾曲または屈曲していることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の車両用受信設備。
10. 前記ラジアルは、前記車両のガラスの表面に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載の車両用受信設備。
11. 前記ラジアルは、前記車両のガラスの内部に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載の車両用受信設備。
12. 前記ラジアルは、前記ルーフ部の前記アンテナの配置箇所と前記ガラスに配置された部分との間に湾曲または屈曲した部分を備えていることを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の車両用受信設備。
13. 前記車両は、その後部に電力制御装置を備えたハイブリッド車両または電気自動車であり、
    前記ガラスはリアガラスである、
    ことを特徴とする請求項１０から請求項１２のいずれかに記載の車両用受信設備。

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