JP7351680B2 - 車載用アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、車載用アンテナ装置に関する。

シャークフィンアンテナやドルフィンアンテナと呼ばれる自動車のルーフ上に取り付けられる車載用アンテナ装置が開発されており、１つの車載用アンテナ装置内に複数のアンテナを搭載したものも知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１８－１８６４０７号公報

車載用アンテナ装置には、外部環境に耐える耐環境性能に関する要望、小型化やデザイン性などの形状や大きさに関する要望、等が求められる。これらの要望をできるだけ叶えながら、アンテナ本来の特性向上を図ることができる車載用アンテナ装置の開発が求められている。車載用アンテナ装置に複数のアンテナを搭載する場合には、車載用アンテナ装置内の配置構成には改良の余地があった。

本発明が解決しようとする課題は、複数のアンテナを搭載する車載用アンテナ装置において、各々のアンテナの特性に好適な構成となる新たな車載用アンテナ装置の技術を提供することである。

本発明の態様は、ケースとアンテナベースとで囲まれた収容空間内に複数のアンテナを有し、車両外面に取り付けられた際の車両外面からの高さが７０ｍｍ以下の車載用アンテナ装置であって、第１パッチアンテナが搭載された第１基板と、第２パッチアンテナが搭載された第２基板と、を備え、前記第１基板は、前記第２基板よりも高い位置に設けられている車載用アンテナ装置である。

前記第１パッチアンテナは、前記第２パッチアンテナよりも、受信周波数が低くてもよい。

前記第１パッチアンテナは、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）の衛星波を受信するためのアンテナであってもよい。

前記第２パッチアンテナは、所定のデジタル放送を受信するためのアンテナであってもよい。

本態様によれば、搭載する２つのパッチアンテナのうちの一方（第１パッチアンテナ）を、他方（第２パッチアンテナ）よりも高い位置に配置することができる。例えば、ＧＮＳＳの衛星波を受信するためのアンテナを、所定のデジタル放送を受信するためのアンテナよりも高い位置に配置した車載用アンテナ装置を実現できる。これによれば、低位置に配置した第２パッチアンテナについては低仰角に比べて中仰角～高仰角の特定の範囲で高い利得が要求されるアンテナとして好適であり、高位置に配置した第１パッチアンテナについては低仰角から高仰角まで満遍なく広い仰角範囲で一定程度の利得が得られるアンテナとして好適な構成とすることが可能となる。

また、前記車載用アンテナ装置において、車両への取り付け前後方向が定められており、前記第２基板が、前記第１基板よりも前方に設けられていることとしてもよい。

前記第１基板は、上面が、前記第２パッチアンテナの上面よりも高い位置に設けられていることとしてもよい。

前記第１基板は、上面が、前記車両外面に取り付けられた際の前記車両外面からの高さが２５ｍｍ以下となる位置に設けられ、前記第２基板は、上面が、前記車両外面に取り付けられた際の前記車両外面からの高さが１５ｍｍ以下となる位置に設けられている、であるとしてもよい。

前記第１基板は、前記第２パッチアンテナで受信した受信信号を復調してデジタル信号として出力する受信回路部を搭載することとしてもよい。

前記車載用アンテナ装置において、車両への取り付け前後方向が定められており、前記第１基板における前記受信回路部の搭載位置は、前記第１パッチアンテナの給電点よりも後方であるとしてもよい。

前記第１基板は、第１アンテナエレメントおよび第２アンテナエレメントを有する移動通信用アンテナを搭載し、前記第１パッチアンテナは、前記第１アンテナエレメントと前記第２アンテナエレメントとの間に搭載されることとしてもよい。

前記車両外面は、車両のルーフとしてもよい。

車載用アンテナ装置の斜視内部構造図。 車載用アンテナ装置の分解斜視図。 車載用アンテナ装置の側面視内部構造図。 パッチアンテナの指向性パターンを模式的に示す図。 車両外面（ルーフ）からの高さとパッチアンテナの利得との関係を示す図。

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、以下説明する実施形態によって本発明が限定されるものではなく、本発明を適用可能な形態が以下の実施形態に限定されるものでもない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付す。

先ず、以下の説明における方向を次の通り定義する。本実施形態の車載用アンテナ装置１は、乗用車等の車両の外面（本実施形態では、例えば車両のルーフ上）に取り付けられて使用される低背型のアンテナ装置であり、シャークフィンアンテナやドルフィンアンテナ等と呼ばれるアンテナ装置である。低背型の具体的な数値として、本実施形態の車載用アンテナ装置１は、車両外面に取り付けられた際の車両外面からの高さが７０ｍｍ以下である。本実施形態の車載用アンテナ装置１は、車両への取り付け前後方向が定められている。車載用アンテナ装置１の前後・左右・上下の方向は、車両への取り付け時における車両の前後・左右・上下の方向と同じとする。この直交３軸の方向が分かり易いように、各軸方向に平行な方向を示す参照方向を各図に付記した。参照方向としているのは、その交点が座標原点を意味するものではないことによる。本実施形態の車載用アンテナ装置１の外観は、前方が先細りで、且つ車両への取付面から上方へ向かって徐々に左右の幅が細くなるようにデザインされているので、デザインの特徴を方向の理解の助けとすることができる。

図１は、本実施形態における車載用アンテナ装置１の斜視内部構造図であり、アウターケース１０の手前半分を切り欠いて装置内部を示している。図２は、車載用アンテナ装置１の分解斜視図である。図３は、図１の車載用アンテナ装置１を左側面から見た側面視内部構造図であり、アウターケース１０の手前半分を切り欠いて装置内部を示している。

車載用アンテナ装置１は、アウターケース１０と、アンテナベース２０と、インナーケース３０と、第１基板４１と、第２基板４３と、防水リング５０と、パッド６０と、シール部材７０と、取付部８０とを備え、アンテナベース２０とアウターケース１０とで囲まれた収容空間内に、複数のアンテナエレメントが収容されて構成される。例えば、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System：全世界的航法衛星システム）アンテナ９１と、ＴＥＬアンテナ９２と、ＤＳＲＣ（Dedicated Short Range Communications）／ＢＬＥ（Bluetooth（登録商標） Low Energy）アンテナ９３と、ＳＤＡＲＳ（Satellite Digital Audio Radio Service）アンテナ９４とが収容される。

アウターケース１０は、電磁波透過性を有する合成樹脂製のケースであり、上部外郭を形成する。例えば、アウターケース１０は、前方が低く、後方中央部の高さが７０ｍｍ以下で上方に突出したシャークフィン形状を有する。インナーケース３０は、同じく電磁波透過性を有する合成樹脂製のケースであり、アウターケース１０の内側を区画して収容空間を形成する。したがって、各種アンテナエレメントは、アンテナベース２０とアウターケース１０とで囲まれた収容空間の更に内側の、アンテナベース２０とインナーケース３０とで囲まれた限られた収容空間内に配置されているとも言える。

アンテナベース２０は、金属製のシールド部材であって、後方側の領域で第１基板４１を保持し、前方側の領域で第２基板４３を保持する。具体的には、アンテナベース２０は、後方側の第１基板４１を保持する領域において、その外縁部分に沿う壁状の支持部２１と、第１基板４１のコネクタ部４１１が挿通されるコネクタ挿通孔２３とを有する。そして、前方側の領域に第２基板４３がねじで固定される一方、後方側の領域において支持部２１の上端に第１基板４１が載置され、ねじで固定される。これにより、第１基板４１はアンテナベース２０に電気的に接続されるとともに、第１基板４１は、アンテナベース２０の下方にコネクタ部４１１を露出させた状態で、第２基板４３よりも高い位置に設けられる。

第１基板４１は、第１パッチアンテナとしてのＧＮＳＳアンテナ９１と、ＴＥＬアンテナ９２と、ＤＳＲＣ／ＢＬＥアンテナ９３とを搭載する。また、第１基板４１は、下面に受信回路部１０１を搭載するとともに、下面の前方寄りに配置されたコネクタ部４１１を有する。

一方、第２基板４３は、第２パッチアンテナとしてのＳＤＡＲＳアンテナ９４を搭載する。第２基板４３は、ケーブル４３１を介して、第１基板４１の下面に配置された受信回路部１０１と接続され、ＳＤＡＲＳアンテナ９４の受信信号を受信回路部１０１へ出力する。

ＧＮＳＳアンテナ９１は、ＧＰＳ衛星等の測位用衛星から送信される衛星波を受信するためのパッチアンテナである。測位システムはＧＰＳ以外にも、ＧａｌｉｌｅｏやＧＬＯＮＡＳＳ等を採用することも可能である。その場合には、ＧＮＳＳアンテナ９１は、これらの測位用衛星からの衛星波（約１．１ＧＨｚ～１．７ＧＨｚの周波数帯）を受信する。

ＴＥＬアンテナ９２は、移動通信用アンテナであり、第１アンテナエレメントである第１ＴＥＬアンテナ９２１と、第２アンテナエレメントである第２ＴＥＬアンテナ９２３とで構成される。第１ＴＥＬアンテナ９２１と第２ＴＥＬアンテナ９２３とは、アイソレーションを取るために所定距離離して配置する必要がある。そこで、本実施形態では、第１ＴＥＬアンテナ９２１および第２ＴＥＬアンテナ９２３はその間にコネクタ部４１１およびＧＮＳＳアンテナ９１を配置し離間距離を確保できる構成とした。さらに、第１基板４１上の配置を、前方側から第２ＴＥＬアンテナ９２３、コネクタ部４１１、ＧＮＳＳアンテナ９１、第１ＴＥＬアンテナ９２１の順に並べた配置としている。

ＤＳＲＣ／ＢＬＥアンテナ９３は、ＤＳＲＣ通信と、ＢＬＥ通信の２つの通信方式に対応したアンテナであり、双方向通信アンテナである。

受信回路部１０１は、ＳＤＡＲＳアンテナ９４で受信した受信信号を復調し、デジタル信号として出力する。

受信回路部１０１とアンテナ９１～９３の何れかとは、受信回路部１０１が第１基板４１の下面側に配置されることで、上面視において一部又は全部が重なる位置に搭載されている。具体的には、壁状の支持部２１の上部に第１基板４１を載置したことで第１基板４１の下側に空いたスペースを利用し、第１基板４１の下面側に受信回路部１０１を搭載する。その搭載位置は、ＧＮＳＳアンテナ９１の給電点よりも後方位置とするとよい。本実施形態では、受信回路部１０１は、ＧＮＳＳアンテナ９１よりも後方の第１ＴＥＬアンテナ９２１のさらに後方であって、ＤＳＲＣ／ＢＬＥアンテナ９３の前方に配置される。これによれば、収容空間内のスペースを有効活用し、ＳＤＡＲＳアンテナ９４の受信回路部１０１を内蔵した車載用アンテナ装置１が実現できる。

また、受信回路部１０１は、アンテナにとって高周波のノイズ信号を発生し得る。そこで、アンテナ９１～９３が配置された第１基板４１の上面とは逆の下面に受信回路部１０１を搭載する構成とすることにより、アンテナへのノイズ流入を防止することができる。これによれば、アンテナの特性に好適な配置構成の車載用アンテナ装置１が実現できる。

ＳＤＡＲＳアンテナ９４は、例えば、２．３ＧＨｚ帯のシリウスＸＭラジオ等の衛星を使用したデジタル放送を受信するためのパッチアンテナであり、その上部を覆うように無給電素子９４１が配置・固定される。

なお、車載用アンテナ装置１が備えるアンテナエレメントの種類や数、組合せは、特に限定されるものではない。例えば、ＷｉＦｉ（Wireless Fidelity（登録商標））、ＬＴＥ（Long Term Evolution（登録商標））、Ｖ２Ｘ（Vehicle to Everything）、ＤＳＲＣ（Dedicated Short Range Communications（登録商標））といった各種無線通信規格に対応したアンテナエレメント等を適宜搭載することもできる。

防水リング５０は、エラストマーやゴム等で形成された環状の弾性部材である。防水リング５０は、インナーケース３０がアンテナベース２０にねじで固定される際、インナーケース３０の下端面とアンテナベース２０との間に挟み込まれて、インナーケース３０とアンテナベース２０との間を水密封止する。これにより、収容空間の防塵性や防水性が確保される。

パッド６０は、エラストマーやゴム等で形成された環状の弾性部材であり、アウターケース１０の下端内周縁部と、インナーケース３０の下端外周縁部との間に配置される。パッド６０は、アウターケース１０の下端周縁部と車両のルーフ（車両外面）との隙間を目隠しするとともに、水や塵等の浸入を防止する。

シール部材７０は、エラストマーやゴム等で形成された環状の弾性部材であり、アンテナベース２０と車両のルーフとの間に配置されて両者の間を水密封止する。

取付部８０は、車載用アンテナ装置１を車両のルーフに取り付けるためのものであり、アンテナベース２０の下部に設けられる。

以上説明したように、本実施形態の車載用アンテナ装置１によれば、ＧＮＳＳアンテナ９１を、ＳＤＡＲＳアンテナ９４よりも高い位置に配置することができる。アンテナの用途特性において、ＧＮＳＳアンテナ９１は、測位精度の向上の観点から、中仰角～高仰角にある衛星だけでなく、低仰角の衛星からの電波受信が求められる。このため、ＧＮＳＳアンテナ９１は、低仰角から高仰角まで満遍なく一定程度の利得が得られることが要求される。ＳＤＡＲＳアンテナ９４は、低仰角に比べて中仰角～高仰角の利得が要求される。

パッチアンテナの指向性は、収容空間内の配置位置の高さによって変化する知見が得られた。図４は、パッチアンテナの高さを変えた場合の指向性パターンの違いを模式的に示す図であり、パッチアンテナの高さを低位置（例えばＳＤＡＲＳアンテナ９４の高さ）とした場合の指向性パターンを実線で示し、高位置（例えばＧＮＳＳアンテナ９１の高さ）とした場合の指向性パターンを一点鎖線で示している。

図４に示すように、パッチアンテナを収容空間内の高位置に配置した場合、低位置に配置した場合に比べて中仰角（斜め上方）の利得は若干低下するものの、低仰角の利得を向上させることが可能となる。高位置に配置したことによりパッチアンテナと車両のルーフとの間にも電界成分が発生し、低仰角の利得を高める効果をもたらすと考えられる。したがって、本実施形態の車載用アンテナ装置１によれば、ＳＤＡＲＳアンテナ９４については、低仰角に比べて中仰角～高仰角の利得が要求されるパッチアンテナとして好適な低位置に配置した。ＳＤＡＲＳアンテナ９４の上部を覆うように無給電素子９４１を配置することで、さらに中仰角～高仰角の利得を向上させることができる。一方、ＳＤＡＲＳアンテナ９４よりも受信周波数の低いＧＮＳＳアンテナ９１については、低仰角から高仰角まで満遍なく一定程度の利得が要求されるパッチアンテナとして好適な高位置に配置した。これにより、ＧＮＳＳアンテナ９１を、利得が所定値以上となる範囲がＳＤＡＲＳアンテナ９４よりも広くなるように配置でき、アンテナの用途特性に適した配置となった。

２つのパッチアンテナの配置位置の高さ違いを、より具体的に説明する。図５は、車両外面であるルーフ１００が取付部８０の上面と接する位置からの高さと、パッチアンテナの利得との関係を示す図であり、低仰角の利得と、中仰角の利得と、天頂方向の利得とをそれぞれ線種を変えて示している。図５において実線のグラフが示すように、ルーフ１００からの高さが２５ｍｍまでは、低仰角の利得が向上傾向にあり、２５ｍｍ～３０ｍｍ程度の高さでは低仰角の利得に有意な差が生じなかった。そこで、図３に示すように、ＧＮＳＳアンテナ９１を搭載する第１基板４１は、上面が、車両のルーフ１００に取り付けられた際の当該ルーフ１００からの高さｈ１が高くても２５ｍｍでよく、２５ｍｍ以下となる位置に設けると好適である。一方、高仰角の利得はルーフ１００からの高さが高くなっても大きな変化が見られなかったが、中仰角の利得は、ルーフ１００からの高さが１５ｍｍを超えると、０ｍｍの場合に対する低下量が１．０［ｄＢｉｃ］を超えてくる。ＳＤＡＲＳアンテナ９４を搭載する第２基板４３は、上面が、ルーフ１００に取り付けられた際の当該ルーフ１００からの高さｈ２が１５ｍｍ以下となる位置に設けると好適であると言える。２つのパッチアンテナの配置位置の高さ違いは、例えば支持部２１の高さの設定で決めることができる。

また、シャークフィンアンテナやドルフィンアンテナ等と呼ばれる車載用アンテナ装置には、小型化やデザイン性などの観点から、アンテナ収容空間の形状や大きさに制約がある。本実施形態では、前方側の領域に高さ位置の低い第２基板４３を設けてＳＤＡＲＳアンテナ９４を配置し、後方側の領域に高さ位置の高い第１基板４１を設けてＧＮＳＳアンテナ９１を配置した。これによれば、前方の高さ空間の狭いアンテナ収容空間のスペースを有効活用したアンテナ配置が実現できる。

また、本実施形態では、第１基板４１に、ＧＮＳＳアンテナ９１の他に、ＴＥＬアンテナ９２（第１ＴＥＬアンテナ９２１および第２ＴＥＬアンテナ９２３）と、ＤＳＲＣ／ＢＬＥアンテナ９３とを搭載した。これによれば、伝送損失の影響の低減やノイズ抑制の観点から、伝送路の長さを短くしたいアンテナを同一基板に搭載することができる。

また、本実施形態では、ＳＤＡＲＳアンテナ９４の受信回路部１０１を車載用アンテナ装置１に内蔵した。搭載するアンテナの種類が増えればその分受信信号を伝送する同軸ケーブルの本数も増え、配線スペースも必要となる。さらに、搭載するアンテナの高周波化・広帯域化に伴い、伝送損失が低い線径の太いケーブルを選定する必要がある。本実施形態では、第１基板４１の配置高さを高く設けていることにより、線径の太いケーブルを配線でき、同軸ケーブルの本数増加にも対応できる構造となり、スペースの有効活用が可能となる。また、ＳＤＡＲＳアンテナ９４の受信信号に係るデータについてはデジタル信号にして車両側ユニットとやり取りすることができるため、同軸ケーブルの本数を減らすことができる。

また、本実施形態では、第１ＴＥＬアンテナ９２１と第２ＴＥＬアンテナ９２３との間にコネクタ部４１１およびＧＮＳＳアンテナ９１を配置した。これにより、第１ＴＥＬアンテナ９２１と第２ＴＥＬアンテナ９２３との相互のアイソレーションを確保しつつ、スペースを有効活用した配置が可能となる。

なお、アンテナベース２０のコネクタ挿通孔２３よりも後方に、第１基板４１に搭載されたＬＮＡ（Low noise amplifier）や受信回路部１０１が発する熱を放熱するための通気口となる孔を設けてもよい。例えば、アンテナベース２０の後方において、受信回路部１０１と対向する位置等に通気口を設けるとしてもよい。通気口は１つ又は幾つかの孔（開口）としてもよいし、複数の小孔でメッシュ状に設けるとしてもよい。

１…車載用アンテナ装置
１０…アウターケース
２０…アンテナベース
２１…支持部
２３…コネクタ挿通孔
３０…インナーケース
４１…第１基板
４１１…コネクタ部
４３…第２基板
５０…防水リング
６０…パッド
７０…シール部材
８０…取付部
９１…ＧＮＳＳアンテナ
９２…ＴＥＬアンテナ
９２１…第１ＴＥＬアンテナ
９２３…第２ＴＥＬアンテナ
９３…ＤＳＲＣ／ＢＬＥアンテナ
９４…ＳＤＡＲＳアンテナ
９４１…無給電素子
１０１…受信回路部

Claims (11)

1. ケースとアンテナベースとで囲まれた収容空間内に複数のアンテナを有し、車両外面に取り付けられた際の車両外面からの高さが７０ｍｍ以下の車載用アンテナ装置であって、
   第１パッチアンテナが搭載された第１基板と、
   第２パッチアンテナが搭載された第２基板と、
   を備え、前記第１基板は、前記第２基板よりも高い位置に設けられており、
   前記第１基板は、前記第２パッチアンテナで受信した受信信号を復調してデジタル信号として出力する受信回路部を搭載する、
   車載用アンテナ装置。
2. 前記第１パッチアンテナは、前記第２パッチアンテナよりも、受信周波数が低い、
   請求項１に記載の車載用アンテナ装置。
3. 前記第１パッチアンテナは、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）の衛星波を受信するためのアンテナである、
   請求項１又は２に記載の車載用アンテナ装置。
4. 前記第２パッチアンテナは、所定のデジタル放送を受信するためのアンテナである、
   請求項１～３の何れか一項に記載の車載用アンテナ装置。
5. 車両への取り付け前後方向が定められており、
   前記第２基板は、前記第１基板よりも前方に設けられている、
   請求項１～４の何れか一項に記載の車載用アンテナ装置。
6. 前記第１基板は、上面が、前記第２パッチアンテナの上面よりも高い位置に設けられている、
   請求項１～５の何れか一項に記載の車載用アンテナ装置。
7. 前記第１基板は、上面が、前記車両外面に取り付けられた際の前記車両外面からの高さが２５ｍｍ以下となる位置に設けられ、
   前記第２基板は、上面が、前記車両外面に取り付けられた際の前記車両外面からの高さが１５ｍｍ以下となる位置に設けられている、
   請求項１～６の何れか一項に記載の車載用アンテナ装置。
8. 車両への取り付け前後方向が定められており、
   前記第１基板における前記受信回路部の搭載位置は、前記第１パッチアンテナの給電点よりも後方である、
   請求項１～７の何れか一項に記載の車載用アンテナ装置。
9. 前記第１基板は、第１アンテナエレメントおよび第２アンテナエレメントを有する移動通信用アンテナを搭載し、
   前記第１パッチアンテナは、前記第１アンテナエレメントと前記第２アンテナエレメントとの間に搭載されている、
   請求項１～８の何れか一項に記載の車載用アンテナ装置。
10. 前記車両外面は、車両のルーフである、
    請求項１～９の何れか一項に記載の車載用アンテナ装置。
11. ケースとアンテナベースとで囲まれた収容空間内に複数のアンテナを有し、車両外面に取り付けられた際の車両外面からの高さが７０ｍｍ以下の車載用アンテナ装置であって、
    第１パッチアンテナが搭載された第１基板と、
    第２パッチアンテナが搭載された第２基板と、
    を備え、
    前記第１基板は、前記車両外面への取り付け前後方向において前記第２基板よりも後方であり、且つ、前記第２基板よりも高い位置に設けられており、
    前記第１基板は、上面に前記第１パッチアンテナを搭載し、下面のうち、前記車両外面への取り付け前後方向において前記第１パッチアンテナの給電点よりも後方に受信回路部を搭載し、
    前記受信回路部は、前記第２パッチアンテナとケーブルで接続され、前記第２パッチアンテナで受信した受信信号を復調してデジタル信号として出力する、
    車載用アンテナ装置。

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