JP4594879B2 - 車載用アンテナ - Google Patents

Description

本発明は、車載用アンテナの構造に関する。

車両には、種々のラジオ局からの振幅変調（ＡＭ）及び周波数変調（ＦＭ）放送を受信するためのアンテナが備えられている。このようなアンテナは、車両フェンダ、車両ルーフ、あるいは車両上のある場所に飛び出して取り付けられたロッドアンテナが使用される場合が多かった。ところが、このようなロッドアンテナは車両の外観を損ねるという問題があった（例えば、特許文献１〜３参照）。

そこで、これらのアンテナをガラス面に配置するガラスアンテナが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このようなガラスアンテナは図１４に示す車両１のリアガラス４の面に配設されるもので、そのアンテナの外観を図１３に示す。リアガラス４には格子状のアンテナパターンを持つＡＭ用ガラスアンテナ１００と、曇取り用のデフォッガライン５と、ＦＭ用アンテナ等のＡＭ以外の周波数に対応するアンテナがリアガラス４の同一面上に設けられている。曇取り用のデフォッガライン５はリアガラス４のかなりの面積にわたって配設されている。そして、ＡＭ用ガラスアンテナ１００は上部のスペースに、ＡＭ以外のアンテナは、曇取り用のデフォッガライン５とＡＭ用ガラスアンテナ１００とアンテナパターンが重ならないように、リアガラス４の面の空きスペース１０２にそれぞれ配設されている。

一方、日本ではＡＭラジオ放送は周波数が５２２〜１６２９ｋＨｚの周波数を使用しており、その波長はＦＭラジオ放送、ＴＶ放送などと比較して非常に長く、必要なアンテナの長さもＴＶ用アンテナ等と比べて非常に長くなる。車両１のリアガラス４の面にこのような長いアンテナを設置することは困難であることから、ＡＭ用ガラスアンテナ１００のサイズは必然的に波長に対して非常に小さいサイズの微小アンテナとして機能するものとなる。このような波長に比較してその長さが非常に短い微小アンテナにおいては、誘起される受信電圧はそのアンテナの実効面積に比例する。そこで、リアガラス４の面にＡＭ用ガラスアンテナ１００を配設する場合には要求性能が満足できるだけのアンテナ面積を確保する必要がある。

しかし、アンテナ素子がリアガラス４からの視界を妨げないようにすることが必要であることからＡＭ用ガラスアンテナ１００の配置位置、面積が制限される上、車両の意匠上の要求でリアガラス４の面を大きくできない場合には更にＡＭ用ガラスアンテナ１００の面積が制限され、要求性能が満足できないという問題があった。特にこの問題はリアガラス４の同一面上にＡＭ用ガラスアンテナ１００のみでなく、ＦＭ用アンテナ、ＴＶ用アンテナなど他の周波数に対応するアンテナをも配置しようとする場合に顕著にあらわれ、ＡＭ用ガラスアンテナ１００とＡＭ用アンテナ以外の周波数に対応するアンテナをリアガラス４の面に配置することができないという問題があった。

そこで、これらのアンテナを図１４に示す車両のリアスポイラ２の内部に配置するという提案がなされている（例えば、特許文献３参照）。このように異なる周波数に対応する複数のアンテナをリアスポイラ２に収納する場合には、各アンテナ間の電磁界の干渉を防止するために、各アンテナは同一の平面に配置されることが必要であった。リアスポイラ２が大型でこのようにリアスポイラ２の内部の同一平面に各アンテナを配置することができる場合は問題ないが、車両の意匠上の要求などで、リアスポイラ２の大きさが小さい場合には、各アンテナを同一平面に配置することができない。更に、近年エレクトロニクスの発展に伴い従来のＡＭ用アンテナ、ＦＭ用アンテナのみならず、アナログＴＶ用アンテナ、デジタルＴＶ用アンテナ等より多くの周波数に対応して多くのアンテナを収納することが要求されるようになってくると、微小アンテナとしてのＡＭ用アンテナは性能上必要な面積を確保することがますます困難となる（例えば、特許文献４，５参照）。

特開平９−１７２３１５号公報 特開平１０−３２９６１５号公報 特開２００１−１０２８２６号公報 特開２００３−３０９４１２号公報 特開２００４−１７９７９０号公報

この問題に対しては、図１１に示すようにリアスポイラ２の内部に格子状のアンテナパターンを持つＡＭ用アンテナ５０とＦＭ用アンテナ、ＴＶ用アンテナ等の超短波用アンテナ３０とを距離Ｈを持って重ねて配置することが考えられる。図１０にはリアスポイラ２の内部にこのように重ねて配置されたＡＭ用アンテナ５０と超短波用アンテナ３０の平面形状を示す。ＡＭ用アンテナ５０は図１０に示すように複数の長辺方向素子５２と複数の短辺方向素子５４が格子型に組み合わされたアンテナパターンで、ＡＭ用アンテナ５０の一端は給電点５６で接地体となる車両１のルーフ６に接続されている。ＡＭ用アンテナ５０はこの長辺方向素子５２と短辺方向素子５４によって形成される格子の面積が誘起される受信電圧を確保するための必要面積であり、性能上この面積を大きくとることが必要となる。このためＡＭ用アンテナ５０は大きな面積を占めるものとなる。一方、超短波用アンテナ３０は給電点３４の両側に直線状の超短波用素子３２が接続された直線形状となっている。超短波用素子３２はＡＭ用アンテナ５０の長辺方向素子５２と平行に配置され、その長さは受信する電波の周波数によって決まる一定の長さを有している。超短波用アンテナ３０は受信する電波の波長が短いことからその長さはＡＭ用アンテナ５０よりもかなり小さなものになる。このため、図１０，１１のようにＡＭ用アンテナ５０と超短波用アンテナ３０を重ねて配置した場合、面積の大きなＡＭ用アンテナ５０は小型の超短波用アンテナ３０を覆うようになり、超短波用アンテナ用３０の電波の送受信を妨害する壁となって超短波用アンテナ３０の性能を低下させるという問題が生じる。

図１２の矢印は、上記のＡＭ用アンテナ５０と超短波用アンテナ３０に流れる電流の方向を示す。電波の送信時(もしくは受信時)において、ＡＭ用アンテナ５０では給電点５６からの電流は格子状に形成された長辺方向素子５２と短辺方向素子５４を流れて電磁界を発生させ、電波が放射される。一方、超短波用アンテナ３０では、給電点３４からの電流は超短波用素子３２に流れてＡＭ用アンテナ５０と同様に電磁界を発生させて電波が放射される。このときＡＭ用アンテナ５０の長辺方向素子５２と超短波用アンテナ３０の超短波用素子３２には平行に電流が流れることとなる。ところが、このように互いに平行したアンテナ素子に流れる電流の向きが一致する場合には、各アンテナで発生する電磁界が互いに干渉し、電磁界の擾乱による性能低下が引き起こされる。特にアンテナが小型でＡＭ用アンテナ５０にかくれてしまう超短波用アンテナ３０はその性能低下が大きくなってしまうことから、上記のようにＡＭ用アンテナ５０と超短波用アンテナ３０を重ねてリアスポイラ２に収納できないという問題があった。

そこで、本発明は、車両のリアスポイラなどの外装品の内部に異なる周波数に対応する複数のアンテナを集約した場合でも、各アンテナが良好な性能を保つことが可能な車載用アンテナを提供することを目的とする。

本発明の目的は、異なる周波数帯域に対応する複数のアンテナを、中空体からなる車両用外装品内に配置した車載用アンテナであって、一端が車体に接続された直線状の給電素子と、給電素子と直交方向に平行に配置された複数の櫛歯素子と、を有する櫛歯状ＡＭ用アンテナと、直線状の超短波用素子を有する超短波用アンテナと、を備え、超短波用素子と各櫛歯素子は互いに直交方向に延び、超短波用素子は給電素子と各櫛歯素子に対して所定の距離をもって配置されていること、を特徴とする車載用アンテナによって達成される。ここで、超短波用アンテナはデジタルＴＶ用アンテナ又はアナログＴＶ用アンテナ又はＦＭ用アンテナであってもよい。

本発明は、車両のリアスポイラなどの中空体の外装品の内部に異なる周波数に対応する複数のアンテナを集約した場合でも、各アンテナが良好な性能を保つことができるという効果を奏する。

以下、発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。従来技術と同様の部分については、同様の符号を付して、その説明は省略する。

図１は本発明の第１の実施形態の車載アンテナの平面の断面図であり、図２は側面の断面図である。図２に示すように、ＡＭ用アンテナ１０と超短波用アンテナ３０は中空体のリアスポイラ２の内部に上下方向に重ねて配置されている。ＡＭ用アンテナ１０は内部のスペースが大きい上部に配置され、超短波用アンテナ３０はＡＭ用アンテナ１０の下部に配置されている。ＡＭ用アンテナ１０は図１に示すように、長さＬ_１の直線状の給電素子１２に給電素子１２と直交方向に平行に配置された長さｄ_２の複数の櫛歯素子１４が接続された櫛歯状のアンテナとなっており、櫛歯素子１４は車体１と反対方向に延びている。ＡＭ用アンテナ１０の一端は給電点１６で接地体となる車両１のルーフ６に接続され、給電素子１２はルーフ６から距離ｄ_１だけ離れて配置されている。ＡＭ用アンテナ１０は、微小アンテナとして電波を必要受信電圧で受信できるよう、Ｌ_１×ｄ_２のアンテナ面積を有している。この櫛歯型のＡＭ用アンテナ１０は、図３に示すように、ＧＮＤ２０に対してＧＮＤと反対方向に櫛歯素子１４が延びているアンテナとして機能する。

一方、超短波用アンテナ３０は給電点３４の両側に直線状の超短波用素子３２が接続された全長Ｌ_２の直線形状となっている。超短波用アンテナ３０の全長Ｌ_２はＡＭ用アンテナ１０の全長Ｌ_１よりも短くなっている。超短波用素子３２はＡＭ用アンテナ１０の櫛歯素子１４と直交方向に配置され、ＡＭ用アンテナ１０の給電素子１２と平行に距離ｄ_３だけ離れて給電素子１２と略平行に配置されている。また、図２に示すように、超短波用アンテナ３０とＡＭ用アンテナ１０は上下方向に一定の距離Ｈを持って配置されているので、超短波用素子３２と櫛歯素子１４も上下方向に一定の距離Ｈを持って配置されている。

図４の矢印は、上記のＡＭ用アンテナ１０と超短波用アンテナ３０に流れる電流の方向を示す。電波の送信時(もしくは受信時)において、ＡＭ用アンテナ１０では給電点１６からの電流は給電素子１２から各櫛歯素子１４に流れて電磁界を発生させ、電波が放射される。一方、超短波用アンテナ３０では、従来技術と同様に給電点３４からの電流は超短波用素子３２に流れて電磁界を発生させて電波が放射される。このときＡＭ用アンテナ１０の櫛歯素子１４と超短波用アンテナ３０の超短波用素子３２は互いに直交方向に電流が流れることから、従来技術のような互いのアンテナの電磁界の干渉が低減される。また、ＡＭ用アンテナ１０の給電素子１２と超短波用アンテナの超短波用素子３２は、互いに平行に配置されているが、距離ｄ_３だけ離れていることから各素子に平行に電流が流れることによる電磁界の干渉も低減されている。更に、各櫛歯素子１４と超短波用素子３２は上下方向に距離Ｈだけ離れていることによって、相互の電磁界の干渉による各アンテナ性能への影響を防いでいる。このため、ＡＭ用アンテナ１０が超短波用アンテナ３０の性能に影響を及ぼしにくくなっている。

ＡＭ用アンテナ１０の給電素子１２のルーフ６からの距離ｄ_１は１０ｍｍ以上、ＡＭ用アンテナ１０の給電素子１２と超短波用アンテナ３０の超短波用素子３２の平行距離ｄ_３は２５ｍｍ以上であることが好適であり、上下方向の距離Ｈは超短波用アンテナ３０がデジタルＴＶ用アンテナの場合は５ｍｍ以上、超短波用アンテナ３０がＦＭ用アンテナの場合は１０ｍｍ以上であることが好適である。また、ＡＭ用アンテナ１０及び超短波用アンテナ３０は導電性を有する物で構成されていれば良く、板状、フィルム状など、その材質、厚み等は特に制約する必要はない。

図５及び図６に本発明による車載用アンテナと従来技術による車載用アンテナの性能を比較したものを示す。各図は車載用アンテナの中の超短波用アンテナ３０の周波数に対する後方平均利得（ｄＢｄ）とＦ／Ｂ比（放射最大方向と逆方向の利得比）（ｄＢ）を示しており、各図中の白丸のプロットは従来技術による格子型のＡＭ用アンテナ５０と超短波用アンテナ３０とを上下方向距離Ｈ＝５ｍｍとして配置した場合であり、白抜きの四角プロットは本実施形態で櫛歯型のＡＭ用アンテナ１０と超短波用アンテナ３０とを上下方向距離Ｈ＝５ｍｍとして配置した場合であり、白抜き菱形のプロット、黒三角のプロット、黒菱形のプロットはそれぞれ本実施形態で上下方向距離Ｈを１０，１５，２５ｍｍとした場合を示している。この図からわかるように、本実施形態の車載アンテナの中の超短波用アンテナ３０は従来技術に比べて後方平均利得、Ｆ／Ｂ比共に性能が改善されている。このように本実施形態においては、ＡＭ用アンテナ１０が超短波用アンテナ３０の性能に影響を及ぼしにくく、各アンテナが良好な性能を保つことができるという効果を奏していることがわかる。

図７ａは、第２の実施形態を示す車載用アンテナの断面図である。図７ａは第１の実施形態の超短波用アンテナ３０とＡＭ用アンテナ１０の配置を上下逆にしたもので、超短波用アンテナ３０をＡＭ用アンテナ１０の上側に、上下方向距離Ｈを持って配設したものである。また、図７ｂは車両１の後部に配設された電波の通過できる中空体である筐体８の中にＡＭ用アンテナ１０と２種類の超短波用アンテナ３０ａ，３０ｂを三重に重ねて配置した第３の実施形態を示すものである。各アンテナの上下方向距離はＨａ，Ｈｂである。Ｈａ，Ｈｂは先に述べたように超短波用アンテナ３０がデジタルＴＶ用アンテナの場合は５ｍｍ以上、超短波用アンテナ３０がＦＭ用アンテナの場合は１０ｍｍ以上であることが好適であるが更に、超短波用アンテナ３０ａと３０ｂ相互の電磁界の干渉を低減するためにＨａ＋Ｈｂの距離は２５ｍｍ以上とすることが好適である。この実施形態でも、ＡＭ用アンテナ１０が各超短波用アンテナ３０ａ，３０ｂの性能に影響を及ぼしにくく、各アンテナが良好な性能を保つことができるという効果を奏する。

図８、図９は車両後部の筐体８の中にＡＭ用アンテナ１０と２つの同一平面に並べた超短波用アンテナ３０ａ，３０ｂを重ねて配置した第４，第５の実施形態を示すものである。各アンテナの配置において、図８のＡＭ用アンテナ１０の給電素子１２と超短波アンテナ３０ａの超短波素子３２ａとの距離ｄ_３は２５ｍｍ以上としておくことが好適である。また、図９に示す同一平面上に縦に並べて配置された超短波用アンテナ３０ａ，３０ｂの距離ｄ_５は超短波用アンテナ相互の電磁界の干渉を避けるために１０ｍｍ以上とすることが好適である。距離ｄ_３については他の実施形態と同様２５ｍｍ以上としておくことが好適である。図８、図９に示した第４、第５の実施形態の櫛歯素子１４と超短波用素子３２ａ，３２ｂとの上下方向の距離Ｈは他の実施形態と同様に、超短波用アンテナ３０ａ，３０ｂがデジタルＴＶ用アンテナの場合は５ｍｍ以上、超短波用アンテナ３０ａ，３０ｂがＦＭ用アンテナの場合は１０ｍｍ以上であることが好適である。この実施形態でも、ＡＭ用アンテナ１０が各超短波用アンテナ３０ａ，３０ｂの性能に影響を及ぼしにくく、各アンテナが良好な性能を保つことができるという効果を奏することができる。

以上の実施形態では、車両１の後部上方に配設された中空体のリアスポイラ２あるいはこの部分に設置された電波を通す中空体の筐体８の内部に複数のアンテナを内蔵することについて説明したが、アンテナを内蔵する部位はリアスポイラ２や、車両後部上方の筐体８の内部に限る必要はなく、図１４に示す車両１の後部下方のリアバンパ３の内部など電波を透過することのできる中空の筐体内で、アンテナの近傍に車両１など接地体として利用可能な金属物が存在する部位であれば、どの部位に内蔵してもよい。さらに、本発明はＡＭ用アンテナ１０と超短波用アンテナ３０を組み合わせて配置する場合のみでなく、より波長の長い長波（ＬＷ）用アンテナと超短波用アンテナ３０を組み合わせて配置する場合にも適用することができる。

本発明の第１の実施形態の車載用アンテナの平面の断面図である。 本発明の第１の実施形態の車載用アンテナの側面の断面図である。 本発明の第１の実施形態のＡＭ用アンテナのアンテナ機能の説明図である。 本発明の第１の実施形態の車載用アンテナの各アンテナ素子の電流の流れを示す説明図である。 本発明の第１の実施形態の車載用アンテナの周波数に対する後方平均利得の変化を示す図である。 本発明の第１の実施形態の車載用アンテナの周波数に対するＦ／Ｂ比の変化を示す図である。 本発明の第２の実施形態の車載用アンテナの側面の断面図である。 本発明の第３の実施形態の車載用アンテナの側面の断面図である。 本発明の第４の実施形態の車載用アンテナの平面の断面図である。 本発明の第５の実施形態の車載用アンテナの平面の断面図である。 従来技術による車載用アンテナの平面の断面図である。 従来技術による車載用アンテナの側面の断面図である。 従来技術による車載用アンテナの各アンテナ素子の電流の流れを示す説明図である。 従来技術によるガラスアンテナの平面図である。 車両を示す斜視図である。

符号の説明

１ 車両、２ リアスポイラ、３ リアバンパ、４ リアガラス、５ デフォッガライン、６ ルーフ、８ 筐体、１０，５０ ＡＭ用アンテナ、１２ 給電素子、１４ 櫛歯素子、１６ 給電点、２０ ＧＮＤ、３０，３０ａ，３０ｂ 超短波用アンテナ、３２，３２ａ，３２ｂ 超短波用素子、３４，３４ａ，３４ｂ 給電点、５２ 長辺方向素子、５４ 短辺方向素子、５６ 給電点、１００ ＡＭ用ガラスアンテナ。

Claims (2)

1. 異なる周波数帯域に対応する複数のアンテナを、中空体からなる車両用外装品内に配置した車載用アンテナであって、
   一端が車体に接続された直線状の給電素子と、給電素子と直交方向に平行に配置された複数の櫛歯素子と、を有する櫛歯状ＡＭ用アンテナと、
   直線状の超短波用素子を有する超短波用アンテナと、を備え、
   超短波用素子と各櫛歯素子は互いに直交方向に延び、
   超短波用素子は給電素子と各櫛歯素子に対して所定の距離をもって配置されていること、
   を特徴とする車載用アンテナ。
2. 請求項１に記載の車載用アンテナにおいて、
   超短波用アンテナはデジタルＴＶ用アンテナ又はアナログＴＶ用アンテナ又はＦＭ用アンテナであること、
   を特徴とする車載用アンテナ。

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