JP5837452B2

JP5837452B2 - アンテナ装置

Info

Publication number: JP5837452B2
Application number: JP2012092006A
Authority: JP
Inventors: 杉本　勇次; 勇次杉本; 鈴木　忠男; 忠男鈴木
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2012-04-13
Filing date: 2012-04-13
Publication date: 2015-12-24
Anticipated expiration: 2032-04-13
Also published as: JP2013223023A; US9831545B2; US20150077305A1; WO2013153784A1; DE112013001993B4; DE112013001993T5

Description

本発明は、金属材料からなる車両ルーフのルーフ面に搭載されるアンテナ装置に関する。

従来より、金属材料からなる車両ルーフのルーフ面に搭載されるアンテナ装置（いわゆる車両用ルーフアンテナ装置）が供されている。

特開２０１１−２５０１０８号公報

一般的に、車両ルーフのルーフ面は緩やかな凸面形状に湾曲している場合が多い。そのため、車両ルーフのルーフ面に搭載されるアンテナ装置では、ルーフ面の後方に取り付けられる場合、アンテナ装置の前方にルーフ面の凸面部が障害物として存在することになる。その結果、車両前方の利得を確保することが困難になるという課題がある。特に動作周波数帯域がＧＨｚ帯である高周波では、直進性が高く、距離によって減衰し易いという特性があるので、ＧＨｚ帯の高周波を受信するアンテナ装置では、車両前方の利得を確保することが特に重要となる。

本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、金属材料からなる車両ルーフのルーフ面に搭載される場合において、ルーフ面が凸面形状であることによる影響を低減しつつ、車両前方の利得を適切に確保することができるアンテナ装置を提供することにある。

請求項１に記載した発明によれば、金属材料からなる車両ルーフのルーフ面に沿う地板の地板面から垂直方向に所定距離を存して設けられ、地板の地板面に対して垂直方向又は垂直と同等の関係にある平面を有する平面形状のアンテナグランドと、アンテナグランドの一の所定部位に基端部が接続され、その基端部から先端部に向かうにしたがって当該アンテナグランドから離れるように設けられた一のアンテナエレメントと、アンテナグランドの一の所定部位とは異なる他の所定部位に基端部が接続され、その基端部から先端部に向かうにしたがって当該アンテナグランドから離れるように設けられた他のアンテナエレメントと、を備えた。

これにより、一のアンテナエレメントと他のアンテナエレメントとを、車両ルーフのルーフ面に沿う地板の地板面から垂直方向に所定距離を存するアンテナグランドに設けたので、ルーフ面が凸面形状に湾曲していたとしても、そのルーフ面の凸面部が障害物となることはない。よって、ルーフ面が凸面形状であることによる影響を低減することができ、その結果、一のアンテナエレメント及び他のアンテナエレメントから車両前方への見通し（前方視界）を良好に確保することができ、車両前方の利得を適切に確保することができる。この場合、請求項２に記載した発明のように、一のアンテナエレメントと他のアンテナエレメントとを、ダイバーシティ受信するように設けることで、車両前方の利得をより適切に確保することができる。

本発明の第１の実施形態を示す縦断正面図水平面（Ｘ−Ｙ平面）の指向性を示す図電界分布を示す図本発明の第２の実施形態を示す図１相当図図２相当図本発明の第３の実施形態を示す図１相当図

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について図１乃至図３を参照して説明する。アンテナ装置１は、金属材料からなる車両ルーフ２のルーフ面２ａに搭載可能ないわゆる車両用ルーフアンテナ装置であり、例えば５．９［ＧＨｚ］帯を動作周波数帯域とする車々間通信システムで用いられる。アンテナ装置１において、筐体３は、車両走行時の空気抵抗を極力低減することを目的とし、又は外観デザイン上の理由により、車両前方から車両後方にかけて流線形を有する形状（いわゆるシャークフィン形状）に形成されている。

地板４は、略長方形をなす平面形状であり、例えば金属板により構成される。アンテナ装置１が車両ルーフ２のルーフ面２ａに搭載された状態では、地板４は車両ルーフ２のルーフ面２ａに沿う。地板４の上面部である地板面４ａには例えば樹脂からなる平面形状の基板５が略垂直（垂直に近い状態も含む）に立設されている。基板５は筐体３の形状に沿っている。基板５の一方側（片側）の面５ａにはアンテナグランド６が導体パターン（導体膜）により形成されていると共に、アンテナグランド６と地板４とを電気的に接続する（導通する）接続部７が導体パターンにより形成されている。即ち、アンテナグランド６は、地板４の地板面４ａから所定間隔を存して形成されており、接続部７により地板４と同電位となっている。尚、アンテナグランド６は、垂直方向及び水平方向の双方にある程度の幅を有する矩形状に形成されている。

アンテナグランド６の上端部６ａには、垂直偏波を送受信する直線形状のモノポール型のアンテナエレメント８（一のアンテナエレメントに相当）の基端部８ａが電気的に接続されている。アンテナエレメント８は、その基端部８ａから先端部８ｂに向かうにしたがってアンテナグランド６から略垂直方向に離れるように接続されている。アンテナエレメント８の長さ（エレメント長）は、電気的に「１／４」波長であり、例えば５．９［ＧＨｚ］帯の電波の波長に対して「１／４」を乗じ、更に基板５の材質の比誘電率による波長短縮率を乗じた長さである。又、アンテナエレメント８の基端部８ａにはアンテナエレメント８に電力を供給する給電点９が設けられている。尚、給電点９がアンテナエレメント８から離れて設けられる構成であれば、給電点９とアンテナエレメント８の基端部８ａとがマイクロストリップラインにより接続されていても良い。給電点９は、例えば同軸ケーブル１０の内部導体がアンテナエレメント８の基端部８ａに接続され、同軸ケーブル１０の外部導体がアンテナグランド６に接続されることで構成される。アンテナエレメント８は、地板面４ａから基端部８ａまでの高さが約４０［ｍｍ］となる位置に設けられている。

同様に、アンテナグランド６の下端部６ｂには、垂直偏波を送受信する直線形状のモノポール型のアンテナエレメント１１（他のアンテナエレメントに相当）の基端部１１ａが電気的に接続されている。アンテナエレメント１１は、その基端部１１ａから先端部１１ｂに向かうにしたがってアンテナグランド６から略垂直方向に離れるように接続されている。アンテナエレメント１１の長さ（エレメント長）も、電気的に「１／４」波長であり、例えば５．９［ＧＨｚ］帯の電波の波長に対して「１／４」を乗じ、更に基板５の材質の比誘電率による波長短縮率を乗じた長さである。又、アンテナエレメント１１の基端部１１ａにはアンテナエレメント１１に電力を供給する給電点１２が設けられている。尚、給電点１２がアンテナエレメント１１から離れて設けられる構成であれば、給電点１２とアンテナエレメント１１の基端部１１ａとがマイクロストリップラインにより接続されていても良い。給電点１２は、例えば同軸ケーブル１３の内部導体がアンテナエレメント１１の基端部１１ａに接続され、同軸ケーブル１３の外部導体がアンテナグランド６に接続されることで構成される。アンテナエレメント１１は、地板面４ａから基端部１１ａまでの高さが約２０［ｍｍ］となる位置に設けられている。

アンテナエレメント８及び１１のそれぞれの軸は、アンテナグランド６の中心部６ｃから水平方向にずれている。アンテナグランド６の水平方向の幅は、例えば５．９［ＧＨｚ］帯の電波の波長に対して「１／４」を乗じ、更に基板５の材質の比誘電率による波長短縮率を乗じた長さよりも広いことが望ましい。又、給電点９及び１２同士の間隔は、空間ダイバーシティとしてのアンテナエレメント８及び１１同士の相関を抑制するように、例えば５．９［ＧＨｚ］帯の電波の波長に対して「１／２」を乗じ、更に基板５の材質の比誘電率による波長短縮率を乗じた長さよりも広いことが望ましい。更に、アンテナエレメント１１と同軸ケーブル１３との間隔は、同軸ケーブル１３の反射器としての作用を抑制するように、例えば５．９［ＧＨｚ］帯の電波の波長に対して「１／４」を乗じ、更に基板５の材質の比誘電率による波長短縮率を乗じた長さよりも広いことが望ましい。尚、地板面４ａからアンテナグランド６までの所定距離は、例えば筐体３のサイズ、ルーフ面２ａの傾斜、アンテナエレメント８及び１１に要求される感度等を考慮して決定すれば良い。

図１に示した構成におけるアンテナエレメント８及び１１の水平面（Ｘ−Ｙ平面）の指向性をシミュレーションした結果は図２に示す通りである。ここでは、比較対象としてアンテナエレメントの基端部が地板面に直接接続されている構成を従来構成とし（図示せず）、凸面形状に湾曲したルーフ面２ａの後方に搭載された場合を想定している。アンテナグランド６の上側に設けられたアンテナエレメント８の車両前方の利得は、−３．８［ｄＢｉ］（図２（ａ）参照）であり、従来構成のアンテナエレメントの車両前方の利得である−６．９［ｄＢｉ］（図２（ｃ）参照）よりも、３［ｄＢ］程度増加している。又、アンテナグランド６の下側に設けられたアンテナエレメント１１の車両前方の利得は、−６．０［ｄＢｉ］（図２（ｂ）参照）であり、従来構成のアンテナエレメントの車両前方の利得である−６．９［ｄＢｉ］よりも、１［ｄＢ］程度増加している。

従来構成のアンテナ装置では、アンテナエレメントが地板面に直接接続されているので、凸面形状に湾曲したルーフ面２ａに搭載された場合に、アンテナエレメントから車両前方への見通しが凸面部により遮られる。又、アンテナエレメントとルーフ面２ａとの距離が近いので、ルーフ面２ａからの反射波の影響を受け、図３（ｂ）に示すように、電界パターン（図３（ｂ）中「Ｑ」にて示す）が上方に傾くようになる。これに対して、本実施形態のアンテナ装置１では、アンテナエレメント８及び１１が地板面４ａから所定間隔を存してアンテナグランド６に接続されている、即ち、ルーフ面２ａから所定間隔を存して設けられているので、凸面形状に湾曲したルーフ面２ａに搭載された場合でも、アンテナエレメント８及び１１から車両前方への見通しが凸面部により遮られることはない。又、アンテナエレメント８及び１１とルーフ面２とがある程度離れているので、ルーフ面２ａからの反射波の影響を受け難く、図３（ａ）に示すように、電界パターン（図３（ａ）中「Ｐ」にて示す）が上方に傾くことはなく水平方向となる。その結果、車両前方の利得が確保される。

以上に説明したように第１の実施形態によれば、アンテナ装置１において、アンテナグランド６を地板４の地板面４ａから垂直方向に所定距離を存して設け、ダイバーシティ受信するアンテナエレメント８及び１１をアンテナグランド６に設けた。これにより、地板４の地板面４ａが車両ルーフ２のルーフ面２ａに沿うようにアンテナ装置１がルーフ面２ａの後方に搭載された場合に、ルーフ面２ａが凸面形状に湾曲していたとしても、そのルーフ面２ａの凸面部が障害物となることはなく、ルーフ面２ａが凸面形状であることによる影響を低減することができる。よって、アンテナエレメント８及び１１から車両前方への見通し（前方視界）を良好に確保することができ、車両前方の利得を適切に確保することができる。又、アンテナエレメント８及び１１により空間ダイバーシティ受信するので、感度を高めることができる。

アンテナグランド６を地板４と同電位としたので、アンテナエレメント８及び１１にて受信した信号をそのまま地板４側の電子回路部品（無線機等）に伝送することができ、信号を容易に伝送することができる。アンテナエレメント１１と同軸ケーブル１３との間隔を、例えば５．９［ＧＨｚ］帯の電波の波長に対して「１／４」を乗じ、更に基板５の材質の比誘電率による波長短縮率を乗じた長さよりも広くすることで、同軸ケーブル１３が反射器として作用することを回避することができる。アンテナグランド６の水平方向の幅を、例えば５．９［ＧＨｚ］帯の電波の波長に対して「１／４」を乗じ、更に基板５の材質の比誘電率による波長短縮率を乗じた長さよりも広くすることで、電流経路を増加することができ、広帯域化することができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について、図４及び図５を参照して説明する。尚、上記した第１の実施形態と同一部分については説明を省略し、異なる部分について説明する。第２の実施形態は、モノポール型のアンテナエレメントのアンテナグランドに対する位置が第１の実施形態とは異なる。第１の実施形態は、アンテナエレメント８及び１１がアンテナグランド６の中心部６ｃから見て斜め方向に設けられており、即ち、上側のアンテナエレメント８の軸と、アンテナグランド６の中心部６ｃと、下側のアンテナエレメント１１の軸とが同一直線上に並ばない構成であるが、第２の実施形態は、上側のアンテナエレメントの軸と、アンテナグランドの中心部と、下側のアンテナエレメント１１の軸とが同一直線上に並ぶ構成である。

アンテナ装置２１において、アンテナグランド２２は、第１の実施形態で説明したアンテナグランド６よりも全体的に地板４側に近付いた部位に形成されており（図１に示すＨ１＞図４に示すＨ２）、接続部２３により地板４と同電位となっている。アンテナグランド２２の上端部２２ａには、垂直偏波を送受信する直線形状のモノポール型のアンテナエレメント２４が接続されている。アンテナエレメント２４も、その基端部２４ａから先端部２４ｂに向かうにしたがってアンテナグランド２２から略垂直方向に離れるように接続されている。又、アンテナエレメント２４の基端部２４ａには給電点２５が設けられており、給電点２５には同軸ケーブル２６が接続されている。

同様に、アンテナグランド２２の下端部２２ｂには、垂直偏波を送受信する直線形状のモノポール型のアンテナエレメント２７が接続されている。アンテナエレメント２７も、その基端部２７ａから先端部２７ｂに向かうにしたがってアンテナグランド２２から略垂直方向に離れるように接続されている。又、アンテナエレメント２７の基端部２７ａには給電点２８が設けられており、給電点２８には同軸ケーブル２９が接続されている。

この場合、アンテナエレメント２４及び２７のそれぞれの軸は、アンテナグランド２２の中心部２２ｃから水平方向にずれていない。即ち、アンテナエレメント２４の軸と、アンテナエレメント２７の軸と、アンテナグランド２２の中心部２２ａとが地板４の地板面４ａに対して略垂直な同一直線上となるように設けられている。

図４に示した構成におけるアンテナエレメント８及び１１の水平面（Ｘ−Ｙ平面）の指向性をシミュレーションした結果は図５に示す通りである。図１に示した第１の実施形態の構成では、アンテナエレメント８及び１１のそれぞれの軸がアンテナグランド６の中心部６ｃから水平方向にずれていることで、偏波面が斜め方向になり、感度が著しく低下する点（ヌル点）が発生する。これに対して、図４に示した第２の実施形態の構成では、アンテナエレメント２４及び２７のそれぞれの軸がアンテナグランド２２の中心部２２ｃから水平方向にずれていないことで、偏波面が斜め方向にならず、感度が著しく低下する点は発生しない。

第２の実施形態も、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。又、アンテナエレメント２４の軸と、アンテナエレメント２７の軸と、アンテナグランド２２の中心部２２ａとを地板４の地板面４ａに対して略垂直な同一直線上となるように設けたので、偏波面が斜め方向にならず、無指向とすることができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について、図６を参照して説明する。尚、上記した第１の実施形態と同一部分については説明を省略し、異なる部分について説明する。第１の実施形態は、アンテナエレメント８及び１１の双方がアンテナグランド６に対して垂直方向に設けられている構成であるが、第３の実施形態は、２本のアンテナエレメントのうち一方がアンテナグランドに対して垂直方向に設けられ、他方がアンテナグランドに対して水平方向に設けられている構成である。

アンテナ装置３１において、基板３２は、第１の実施形態で説明した基板５よりも全体的に幅広な形状で形成されており、その基板３２の一方側（片側）の面３２ａにはアンテナグランド３３が導体パターンにより形成されていると共に、アンテナグランド３３と地板４とを電気的に接続する接続部３４が導体パターンにより形成されている。

アンテナグランド３３の上端部３３ａには、第２の実施形態で説明したアンテナエレメント２４が接続されている。アンテナエレメント２４の基端部２４ａには給電点２５が設けられており、給電点２５には同軸ケーブル２６が接続されている。又、アンテナグランド３３の側端部３３には、水平偏波を送受信する直線形状のモノポール型のアンテナエレメント３５が接続されている。アンテナエレメント３５は、その基端部３５ａから先端部３５ｂに向かうにしたがってアンテナグランド３３から略水平方向に離れるように接続されている。又、アンテナエレメント３５の基端部３５ａには給電点３６が設けられており、給電点３６には同軸ケーブル３７が接続されている。

第３の実施形態も、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。又、アンテナエレメント２４及び３５により偏波ダイバーシティ受信するので、垂直偏波と水平偏波との双方に対応することができる。

（その他の実施形態）
本発明は、上記した実施形態にのみ限定されるものではなく、以下のように変形又は拡張することができる。
アンテナグランドと地板とを同電位としない構成であっても良い。
基板が多層基板により構成され、ダイバーシティ受信する複数のアンテナエレメントが同一多層基板の異なる層に形成されていても良い。又、基板がある程度の湾曲が可能なフレキシブル性を有する基板であったり、表面に電子部品等を実装可能な基板であったりしても良い。即ち、複数のアンテナエレメントを形成可能な基板であれば、どのような基板であっても良い。同様に、基板が立設する地板も完全な平面でなくても良く、基板に形成されたアンテナエレメントのアンテナグランドとして機能する限り、ある程度の湾曲等があっても良い。
アンテナエレメントが金属板等で構成されていても良い。
第３の実施形態において、水平偏波を送受信するアンテナエレメントとして、低姿勢な逆Ｌ形状のアンテナエレメントを採用しても良い。

図面中、１はアンテナ装置、２は車両ルーフ、２ａはルーフ面、４は地板、４ａは地板面、６はアンテナグランド、８はモノポール型のアンテナエレメント（一のアンテナエレメント）、８ａは基端部、８ｂは先端部、１１はモノポール型のアンテナエレメント（他のアンテナエレメント）、１１ａは基端部、１１ｂは先端部である。

Claims

車両ルーフ（２）のルーフ面（２ａ）に搭載されるアンテナ装置において、
前記ルーフ面（２ａ）に沿う地板（４）と、
前記地板（４）の地板面（４ａ）から垂直方向に所定距離を存して設けられ、前記地板（４）の地板面（４ａ）に対して垂直方向又は垂直と同等の関係にある平面を有する平面形状のアンテナグランド（６）と、
前記アンテナグランド（６）の一の所定部位に基端部（８ａ）が接続され、その基端部（８ａ）から先端部（８ｂ）に向かうにしたがって当該アンテナグランド（６）から離れるように設けられた一のアンテナエレメント（８）と、
前記アンテナグランド（６）の前記一の所定部位とは異なる他の所定部位に基端部（１１ａ）が接続され、その基端部（１１ａ）から先端部（１１ｂ）に向かうにしたがって当該アンテナグランド（６）から離れるように設けられた他のアンテナエレメント（１１）と、を備えたことを特徴とするアンテナ装置。
請求項１に記載したアンテナ装置において、
前記一のアンテナエレメント（８）と前記他のアンテナエレメント（１１）とを、ダイバーシティ受信するように設けたことを特徴とするアンテナ装置。
請求項１又は２に記載したアンテナ装置において、
前記アンテナグランド（６）を、前記地板（４）と同電位としたことを特徴とするアンテナ装置。
請求項１乃至３の何れかに記載したアンテナ装置において、
前記アンテナエレメント（８、１１）を、同軸ケーブル（１０、１３）を介して給電されるようにし、
前記アンテナエレメント（８、１１）と前記同軸ケーブル（１０、１３）との間隔を、前記アンテナエレメント（８、１１）が送受信する電波の波長に対して「１／４」を乗じた値以上にしたことを特徴とするアンテナ装置。
請求項２乃至４の何れかに記載したアンテナ装置において、
前記一のアンテナエレメント（８）と前記他のアンテナエレメント（１１）とを、それらの軸が前記地板（４）の地板面（４ａ）に対して垂直方向又は垂直と同等の関係にある方向を向くように設け、空間ダイバーシティ受信するように設けたことを特徴とするアンテナ装置。
請求項５に記載したアンテナ装置において、
前記一のアンテナエレメント（２４）と前記他のアンテナエレメント（２７）とを、それらの軸と前記アンテナグランド（６）の中心部（６ｃ）とが同一直線上となるように設けたことを特徴とするアンテナ装置。
請求項２乃至４の何れかに記載したアンテナ装置において、
前記一のアンテナエレメント（２４）と前記他のアンテナエレメント（３５）とを、一方の軸が前記地板（４）の地板面（４ａ）に対して垂直方向又は垂直と同等の関係にある方向を向くように設けると共に、他方の軸が前記地板（４）の地板面（４ａ）に対して水平方向又は水平と同等の関係にある方向を向くように設け、偏波ダイバーシティ受信するように設けたことを特徴とするアンテナ装置。