JP7283482B2 - アンテナモジュール、及び車両 - Google Patents
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Description
本出願は、2018年10月24日出願の日本出願第2018-199742号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
上記車載移動局は、車両の天井(ルーフ)に載置されたアンテナ装置(アンテナモジュール)を備えている。アンテナ装置は、多数のアンテナ素子を備えたアレイアンテナを構成しており、基地局へ向けてビームを形成することができる。
本開示によれば、車両の外側面に対して高さを抑えることができる。
[実施形態の概要]
(1)一実施形態であるアンテナモジュールは、車両に設けられるアンテナモジュールであって、前記車両の外壁に設けられた開口から車外へ向けたビームを形成するアレイアンテナと、前記アレイアンテナを車内で保持する筐体と、を備えている。
このため、上記アンテナモジュールにおいて、前記外壁が、金属板を含む場合、前記アレイアンテナが受信する受信波の送信元である基地局の方向へ、前記ビームの指向方向を制御する制御部をさらに備え、前記制御部は、前記受信波の到来方向と、前記開口の開口面との交差角度に応じて、前記ビームの指向方向を補正することが好ましい。
この場合、受信波の交差角度が小さくなることで、ビームの指向方向と、開口面との交差角度が小さくなり、ビームが金属製の外板に接近することでビームに変形が生じたとしても、その変形を補完するようにビームの指向方向を補正することができ、これにより利得低下を抑制できる。
このため、上記アンテナモジュールにおいて、前記開口の内端に設けられ、前記アレイアンテナから放射される送信波が入射すると、入射した前記送信波を車外へ向けて放射させる誘導部をさらに備えていてもよい。
この場合、誘導部によって、開口の内端に放射され意図しない方向へ放射されるおそれがある送信波を車外へ放射することができ、この結果、ビームの変形を抑制できる。
この場合、開口の内端の方向に放射される送信波を効果的に車外へ放射することができる。
この場合、筐体を簡易な構成で容易に外壁に固定することができる。
この構成によれば、車両を移動局として利用することができる。
この場合、電波が外壁の外面の近傍を通過する際に、遮蔽部によって電波と前記外壁との間が遮蔽されるので、電波のエネルギーが損なわれるのを抑制でき、ビームに変形が生じるのを抑制することができる。
この場合、電波と外壁との間を効果的に遮蔽することができる。
以下、好ましい実施形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、以下に記載する各実施形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。
図1は、車載通信機が搭載された車両を示す図である。
図1中、車載通信機1は車両10に搭載されている。車載通信機1は、移動通信システムの基地局2と無線通信を行う移動局である。車両10は、通常の乗用車の他、バスや鉄道車両等も含む。
基地局2は、建物の屋上等の比較的高所に設置され、地上の車載通信機1と無線通信を行う。
第5世代移動通信システムでは、例えば、6GHz以上の非常に高い周波数の電波を用いるため、伝搬時の減衰が大きい。このため、車載通信機1及び基地局2は、電波の減衰を補償するために、ビームフォーミングを行う。車載通信機1は、ビームBの方向が基地局2の方向へ向くように制御することができる。
通信装置3は、アンテナモジュール4へ送信ベースバンド信号を与える。また、通信装置3は、アンテナモジュール4から与えられる受信ベースバンド信号を受け付ける。
さらに、アンテナモジュール4は、ビームBの方向(アンテナモジュール4の指向方向)を制御する機能を有している。
つまり、アンテナモジュール4は、車載通信機1におけるフロントエンドモジュールを構成する。
図2は、第1実施形態に係るアンテナモジュール4の断面図である。
図2中、アンテナモジュール4は、モジュール本体20と、モジュール本体20を収容する筐体21と、レドーム22とを備えている。
筐体21のサイズは、例えば、平面寸法が100mmから200mm程度であり、高さ寸法が数10mm程度である。
レドーム22は、モジュール本体20が送受信する電波を通過させつつ、モジュール本体20を外部に対して保護している。
レドーム22は、開口21aによって画定される開口面23に配置されている。
レドーム22の周縁は、筐体21の端縁部21dに固定されている。端縁部21dは、レドーム22が開口面23に取り付け固定されるように、当該レドーム22を保持する。
レドーム22の表面22aは、外壁11表面に対してほぼ面一に形成されている。
図2及び図3に示すように、モジュール本体20は、4つのアンテナベース25と、回路基板26とを備えている。
アンテナベース25は、例えば、ガラス布基材エポキシ樹脂材等の絶縁材を積層することで矩形板状に形成されている。アンテナベース25の放射面25aには、複数の放射素子27が設けられている。放射素子27は、例えば、平面アンテナである。
アレイアンテナであるアンテナベース25は、外壁11に設けられた開口12から車両10の外側へ向けたビームを形成する。
アンテナベース25は、筐体21によって車内に保持されている。
このため、本実施形態のアンテナモジュール4は、車両10の外側面10aに対するアンテナベース25の高さを抑えることができる。
なお、車内とは、外板13により構成される車両10の外側面10aよりも内側を意味し、車外とは、外側面10aよりも外側を意味する。
屈曲基板28は、例えば、柔軟性を有しており、曲げ変形(屈曲)させることができる誘電体フィルムによって形成されている。
図4は、屈曲基板28の断面図である。
図4に示すように、アンテナベース25は、第1誘電体層29と、第2誘電体層30と、第3誘電体層31と、第4誘電体層32と、第5誘電体層33とを含んで構成されている。各誘電体層のうち、一面が放射面25aを構成する第1誘電体層29には、放射素子27が実装されている。
このように、屈曲基板28は、アンテナベース25及び回路基板26に一体的に設けられ、アンテナベース25と、回路基板26とを接続している。
給電線路37は、放射素子27それぞれへ給電するための線路である。図4では、1本の給電線路37の断面を示しているが、屈曲基板28には、アンテナベース25に設けられた放射素子27に対応して複数本の給電線路37が形成されている。
給電線路37は、図示しないスルーホール等によって、放射素子27と接続されている。給電線路37は、アンテナベース25から、屈曲基板28を通過して、回路基板26に亘って形成されている。
グランドパターン38は、アンテナベース25のグランドパターン34に図示しないスルーホール等によって接続される。また、グランドパターン38は、回路基板26の誘電体層36に形成されているグランドパターン39に図示しないスルーホール等によって接続される。
屈曲基板28は、この給電線路37によって、アンテナベース25と回路基板26との間を給電可能に接続する。
アンテナベース25から屈曲基板28を通じて回路基板26に延びる給電線路37は、制御回路41に接続される。つまり、各放射素子27は、給電線路37を介して制御回路41に接続される。
また、回路基板26は、水平面に対してほぼ平行に固定されている。よって、開口面23も水平面に対してほぼ平行である。なお、ここで、水平面とは、車両10が水平状態にあるときにおける水平面をいう。
アンテナベース25は、屈曲基板28を折り曲げる(屈曲させる)ことで、回路基板26に対して傾斜している。
なお、回路基板26は、車両10が水平な道路上に停止している場合において、ほぼ水平となるように固定される。
このように、各アンテナベース25が屈曲基板28を介して回路基板26に接続されているので、回路基板26を基端部として各アンテナベース25を傾斜させることができる。
各アンテナベース25は、内側面21b1の縁部から立ち上がる傾斜部21cに、ブラケット43を介して固定されている。各アンテナベース25は、傾斜部21cに対してほぼ平行となるように当該傾斜部21cに固定されている。
これによって、各アンテナベース25の放射面25aは、開口面23に対して傾斜している。
なお、各アンテナベース25が互いに異なる方向に傾斜している状態とは、後述するアンテナベース25の法線方向が互いに異なっている状態をいう。
このように、各アンテナベース25の基端部側には、折り曲げ可能な屈曲基板28が設けられているので、例えば、アンテナベース25の放射素子27を回路基板26に実装することで、アンテナベース25と、回路基板26とを一体的に構成した場合と比較して、容易に各アンテナベース25の放射面25aを傾斜させることができる。
これにより、アンテナモジュール4は、水平面方向においては、各アンテナベース25で指向方向を分担して対応でき、垂直面方向においては、各アンテナベース25の放射面25aを斜め上方に向けることで、高所に設置される基地局2の方向に指向方向を向けることができる。
なお、放射面25aの法線方向とは、放射面25aに直交する方向をいう。
図5Aに示すように、本実施形態のアンテナベース25は、開口面23の中央側に放射面25aが向くように傾斜している。
つまり、一方のアンテナベース25と、他方のアンテナベース25とは、互いのビーム(指向方向)が交差するように傾斜している。
図5Bでは、アンテナベース25は、開口面23の中央側とは反対側に放射面25aが向くように傾斜している。
これによって、一方(紙面左側)のアンテナベース25の法線方向D1と、他方(紙面右側)のアンテナベース25の法線方向D2とが、放射面25aに対して反対側で互いに交差している。
つまり、図5Bでは、一方のアンテナベース25と、他方のアンテナベース25とは、互いのビーム(指向方向)が交差しないように傾斜している。
さらに、アンテナベース25から放射される電波が外板13の近傍を通過する際、磁性体でかつ導電体である外板13によって当該電波が有するエネルギーが損なわれる。
図6Aに示すように、アンテナベース25によるビームB1は、当該ビームB1の指向方向Lと、開口12の開口面12a(筐体21の開口面23)との交差角度θが小さくなると、外板13に接近する。なお、ビームの指向方向とは、そのビームのビーム強度が最も高い方向をいう。また、交差角度は、アンテナベース25によるビームの指向方向又は受信波の到来方向と、開口面12aとが交差する際の角度をいう。
ビームB1が外板13に接近すると、アンテナベース25から放射される電波は、外板13の近傍を通過することでそのエネルギーが損なわれる。
このため、例えば、図6A中のビームB1の外板13に面している領域R(ハッチングの部分)のビームに変形が生じる。
これにより、ビームB2においては変形が発生した部分を補完でき、部分的な利得の低下を抑制できる。
図7に示すように、制御回路41は、制御部41aと、モデム41bとを備えている。
モデム41bは、各アンテナベース25の放射素子27が受信する基地局2からの受信波を復調し、放射素子27それぞれの受信強度を示す強度情報を制御部41aへ与える機能を有する。
制御部41aは、プロセッサや記憶部を備えたコンピュータであり、モデム41bから与えられる強度情報に基づいてビームの指向方向が基地局2へ向くように制御する機能を有する。
制御回路41は、各アンテナベース25の放射素子27によって送受信される信号の位相を個別に調整可能な位相調整器を備えている。制御部41aは、この位相調整器を制御することでビームの指向方向を制御する。
図8は、補正処理の一例を示すフローチャートである。
まず制御部41aは、強度情報に基づいて、基地局2からの受信波の到来方向を特定し、受信波の到来方向と、開口面12aとの交差角度を算出する(ステップS1)。放射素子27それぞれの受信強度の相対的関係を含む強度情報は、基地局2からの受信波の到来方向を示している。よって、制御部41aは、強度情報に基づいて基地局2からの受信波の到来方向を特定することができる。
次いで、制御部41aは、基地局2からの受信波の交差角度が所定値以下か否かを判定する(ステップS2)。
例えば、ステップS2において基地局2からの受信波の交差角度が所定値以下であると判定された場合において、図6B中の指向方向L1が基地局2へ向くビームB2の指向方向であるとする。
このとき、制御部41aは、基地局2へ向くビームB2の交差角度θ1よりも小さい交差角度θ2である指向方向L2のビームB3が形成されるように制御する。
また、制御部41aによるビームの交差角度に対する補正量は、予めコンピュータ等によるシミュレーションによって求められる。
これにより、ビームの指向方向の交差角度が小さくなり、ビームが外板13に接近することで、ビームに変形が生じたとしても、その変形を補完するようにビームの指向方向を補正することで部分的な利得低下を抑制できる。
図9は、第2実施形態に係るアンテナモジュール4の部分断面図であり、図10は、車両10の上面図である。
本実施形態は、車両10の外側面10aに遮蔽部50が設けられている点において、第1実施形態と相違している。
遮蔽部50は、車両10の外側面10aに積層されている。遮蔽部50は、開口12の周縁に積層されており、開口12の周囲を取り囲んで設けられている。つまり、外壁11(外板13)の外面における開口12の周囲を覆うように設けられている。
この遮蔽部50によって、電波が外板13の近傍を通過する際に、電波のエネルギーが損なわれるのを抑制でき、ビームに変形が生じるのを抑制することができる。
図11は、第3実施形態に係るアンテナモジュール4の部分断面図である。
本実施形態のアンテナモジュール4は、誘導部55を備えている点において、第1実施形態と相違している。
誘導部55は、図11に示すように、端縁部21dに向かって照射された送信波(入射波)を反射し、当該送信波の放射経路を、端縁部21dに照射されない程度に曲げ、反射波を車両10の外部へ導く。
送信波が筐体21の端縁部21dに放射されると、送信波が筐体21内部側等、意図しない方向へ反射されてビームに変形が生じ、利得低下の原因となることがある。
なお、メタマテリアルとは、例えば、電磁波の波長に比べて十分に小さいセルが周期的に配列され、電磁波に対する物性値が調整可能な人工物質のことである。
図12は、第4実施形態に係るアンテナモジュール4の上面図である。
本実施形態では、筐体21の底部21bが円板状に形成されており、筐体21全体が円形とされている点において、第1実施形態と相違している。
本実施形態の筐体21は、モジュール本体20が固定された円板状の底部21bと、底部21bの周囲から立設された円筒状の側壁部21eとに含んで構成されている。
本実施形態の開口12は、筐体21に対応して円形に形成されている。
開口12の内周面には、筐体21が内部に固定される円筒状の固定用スリーブ60が挿入固定されている。
固定用スリーブ60の内周面60aには、雌ねじ60bが形成されている。
筐体21は、雄ねじ21fを固定用スリーブ60の雌ねじ60bに螺合させることで固定用スリーブ60内に固定され、外壁11に固定されている。
つまり、雄ねじ21fは、側壁部21eの外周面21e1に設けられて筐体21を固定用スリーブ60に固定するための固定機構を構成する。
よって、筐体21は、車内から固定用スリーブ60内にねじ込まれ、固定される。また、この際、環状突起62は、固定用スリーブ60に対する筐体21の軸方向の位置を定めるストッパとして機能する。
なお、本実施形態では、側壁部21eの外周面21e1に設けられて筐体21を固定用スリーブ60に固定するための固定機構として、雄ねじ21fを設けた場合を例示したが、筐体21を固定用スリーブ60に固定できれば、ねじ以外であってもよく、例えば、側壁部21eから径方向外側に突出し、固定用スリーブ60の内周面に設けられた孔部、又は固定用スリーブ60の下端面に係合する突起を固定機構として設けてもよい。
本変形例では、筐体21の側壁部21eに環状突起62が設けられておらず、側壁部21eの先端である端縁部21e2に鍔部66が設けられている。
本変形例では、外壁11に凹部68が形成されておらず、鍔部66は、車両10の外側面10aに当接している。
鍔部66は、径方向先端に向かって先細りとなるように形成されており、これによって、外面66aは、外側面10aに対して滑らかに繋がっている。
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。
上記実施形態では、車両の外側面10aを構成する外板13として鋼板を用いた場合を例示したが、外板13は、導電性を有する他の金属材料、例えば、アルミニウム合金等により形成されている場合もある。
2 基地局
3 通信装置
4 アンテナモジュール
10 車両
10a 外側面
11 外壁
12 開口
12a 開口面
13 外板
13a 内側面
14 内張材
15 突起
20 モジュール本体
21 筐体
21a 開口
21b 底部
21b1 内側面
21b2 外側面
21c 傾斜部
21d 端縁部
21e 側壁部
21e1 外周面
21e2 端縁部
21f 雄ねじ
22 レドーム
22a 表面
23 開口面
25 アンテナベース
25a 放射面
26 回路基板
27 放射素子
28 屈曲基板
29 第1誘電体層
30 第2誘電体層
31 第3誘電体層
32 第4誘電体層
33 第5誘電体層
34 グランドパターン
36 誘電体層
37 給電線路
38 グランドパターン
39 グランドパターン
41 制御回路
41a 制御部
41b モデム
42 コネクタ
43 ブラケット
50 遮蔽部
55 誘導部
56 突起
60 固定用スリーブ
60a 内周面
60b 雌ねじ
62 環状突起
66 鍔部
66a 外面
68 凹部
B ビーム
B1 ビーム
B2 ビーム
B3 ビーム
D1 法線方向
D2 法線方向
L 指向方向
L1 指向方向
L2 指向方向
θ、θ1、θ2 交差角度
Claims (10)
- 車両に設けられるアンテナモジュールであって、
前記車両の外壁に設けられた開口から車外へ向けたビームを形成するアレイアンテナと、
前記アレイアンテナを車内で保持する筐体と、
前記開口の内端に設けられ、前記アレイアンテナから放射される送信波が入射すると、入射した前記送信波を車外へ向けて放射させる誘導部と、
を備えている
アンテナモジュール。 - 前記外壁は、金属板を含み、
前記アレイアンテナが受信する受信波の送信元である基地局の方向へ、前記ビームの指向方向を制御する制御部をさらに備え、
前記制御部は、前記受信波の到来方向と、前記開口の開口面との交差角度に応じて、前記ビームの指向方向を補正する
請求項1に記載のアンテナモジュール。 - 前記誘導部は、入射した前記送信波を車外へ向けて反射させる反射素子を含む
請求項1または請求項2に記載のアンテナモジュール。 - 前記誘導部は、入射した前記送信波を車外へ向けて放射させるメタマテリアルを含む
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のアンテナモジュール。 - 車両に設けられるアンテナモジュールであって、
前記車両の外壁に設けられた開口から車外へ向けたビームを形成するアレイアンテナと、
前記アレイアンテナを車内で保持する筐体と、を備え、
前記筐体は、
前記アレイアンテナが固定された底部と、前記底部から立設された円筒状の側壁部と、
を含み、
前記外壁には、前記筐体が挿入固定される固定用スリーブが設けられ、
前記側壁部には、前記筐体を前記固定用スリーブに固定するための固定機構が設けられている
アンテナモジュール。 - 前記側壁部の先端には、径方向外側に延びるとともに前記車両の外側から前記外壁に当接する環状の鍔部が設けられ、
前記鍔部は、前記外壁の外面と面一である
請求項5に記載のアンテナモジュール。 - 請求項1から請求項6のいずれかに記載のアンテナモジュールを備えた車両。
- 前記外壁は、金属板を含み、
前記車両は、前記外壁の外面における前記開口の周囲を覆うように設けられ、前記アレイアンテナから放射される電波と前記外壁との間を遮蔽する遮蔽部をさらに備えている
請求項7に記載の車両。 - 外壁に設けられた開口から車外へ向けたビームを形成するアレイアンテナ、および、前記アレイアンテナを車内で保持する筐体を備えるアンテナモジュールと、
前記外壁の外面における前記開口の周囲を覆うように設けられ、前記アレイアンテナから放射される電波と前記外壁との間を遮蔽する遮蔽部と、を備え、
前記外壁は、金属板を含み、
前記遮蔽部は、前記外面を覆う電波吸収体を含む
車両。 - 外壁に設けられた開口から車外へ向けたビームを形成するアレイアンテナ、および、前記アレイアンテナを車内で保持する筐体を備えるアンテナモジュールと、
前記外壁の外面における前記開口の周囲を覆うように設けられ、前記アレイアンテナから放射される電波と前記外壁との間を遮蔽する遮蔽部と、を備え、
前記外壁は、金属板を含み、
前記遮蔽部は、前記外面を覆う絶縁材を含む
車両。
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