JP5796159B2 - 車両用アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、放射指向性制御により高い受信感度性能を有する車両用アンテナ装置に関する。

従来の窓ガラスに搭載された車両用アンテナ装置として、車両のフロント窓ガラスに設けられたアンテナと、リア窓ガラスに設けられたアンテナと、前記２つのアンテナ出力の内の強いほうの信号を選択する切り換えスイッチ手段を用い、異なる放射指向性を有する２つのアンテナで選択ダイバーシチ受信を行うことによりラジオ放送の受信感度を改善することができる（例えば特許文献１参照）。

また、車両のガラス上辺に沿って設けられたアンテナと、下辺に沿って設けられたアンテナと、前記２つのアンテナの電波受信状態を検出する手段と、この検出手段の出力に応じて前記２つのアンテナを選択して受信する切り換えスイッチ手段を用いて選択ダイバーシチ受信を行うことにより、ラジオ放送等の受信感度を改善することができる（例えば特許文献２参照）。

特開平２−２０００４号公報 特開昭５８−７０６４３号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２で提案されている構成では、個々のアンテナの放射指向性がＡＭ／ＦＭラジオ放送の到来波分布に対して最適化されていないため、たとえ選択ダイバーシチ受信を行ったとしても受信感度の改善効果が小さいという課題がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、フロント窓ガラスに配置したアンテナとリア窓ガラスに配置したアンテナに位相差給電を行うことで垂直面の放射指向性における最大放射方向を水平面に向けることにより、受信感度性能を改善できる車両アンテナ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、フロント窓ガラスに配置された第１のアンテナと、リア窓ガラスに配置された第２のアンテナと、前記第１のアンテナ及び第２のアンテナの少なくとも一方の位相を調整する移相器と、を備え、前記移相器を用いて前記第１のアンテナ及び第２のアンテナに位相差給電する構成を有する。

本発明によれば、車両搭載アンテナの放射指向性を調整することができ、希望波の到来方向へ放射指向性の最大放射方向を向けることにより、高い受信感度性能が得られるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１における車両用アンテナ装置の構成図 本発明の実施の形態１における車両用アンテナ装置の斜視図 本発明の実施の形態１における車両用アンテナ装置の動作を説明するための図 本発明の実施の形態１における車両用アンテナ装置の放射指向性を示す図 本発明の実施の形態１における車両用アンテナ装置のアンテナ配置例を示す構成図 本発明の実施の形態１における車両用アンテナ装置のアンテナ配置例を示す構成図 本発明の実施の形態２における車両用アンテナ装置の構成図 本発明の実施の形態２における車両用アンテナ装置の斜視図 本発明の実施の形態３における車両用アンテナ装置の構成図 本発明の実施の形態３における車両用アンテナ装置の斜視図

（実施の形態１）
近年の車両には、さまざまな無線通信システム（例えば、ＡＭ／ＦＭラジオ放送、地上波ディジタルＴＶ放送、ＧＰＳ、ＶＩＣＳ、ＥＴＣなど）が搭載され、各無線通信システムに対応した多くのアンテナが、車両ルーフ、窓ガラス、ダッシュボードなどのさまざまな箇所に搭載されている。

ＡＭ／ＦＭラジオ放送は、数１００ＭＨｚ程度以下の搬送波周波数を用いて放送されるため、良好な受信アンテナ性能を得るためには一般的に０．５ｍ以上の長さを有するアンテナが必要である。また、走行中にＡＭ／ＦＭラジオ放送を受信する場合、マルチパスフェージングの影響によって瞬時受信レベルが変動し、受信品質が劣化することがある。

このため、ＡＭ／ＦＭラジオ放送用のアンテナが、十分なアンテナ性能を得るために、大きなアンテナ実装体積を確保できる車両ルーフ上もしくはリア窓ガラス上に配置されることは一般的となっている。

本発明の車両用アンテナ装置は、以下に説明するとおり、車両の窓ガラスに設けられたアンテナ装置であって、放射指向性を制御することにより高い受信感度性能を有する。

以下、本発明の実施の形態１における車両用アンテナ装置について、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の実施の形態１における車両用アンテナ装置の構成図であり、図２は本発明の実施の形態１における車両用アンテナ装置の斜視図、図３は本発明の実施の形態１における車両用アンテナ装置の動作説明図、図４は本発明の実施の形態１における車両用アンテナ装置の効果説明図である。

なお、本発明の車両用アンテナ装置として、例えば、周波数７６〜１０８ＭＨｚ帯のＦＭラジオ放送の受信用アンテナとして説明する。

ここで、ＡＭ／ＦＭラジオ放送等の数１００ＭＨｚ程度以下の周波数帯で動作するガラス配置アンテナの放射指向性は、車両構造及び地面の影響により最大放射方向が天頂方向を向くことが知られている。また、ＡＭ／ＦＭラジオ放送電波の到来方向は仰角０〜２０度付近に集中して分布することが知られている。

図１において、車両用アンテナ装置１００は車両１０１に搭載され、フロント窓ガラス１０２に配置された第１のアンテナ１０３と、リア窓ガラス１０４に配置された第２のアンテナ１０５と、第１のアンテナ１０３に接続された移相器１０６と、受信部１０７と、
第２のアンテナ１０５と移相器１０６と受信部１０７とに接続された合成分配器１０８により構成される。

第１のアンテナ１０３及び第２のアンテナ１０５は導電性の材料で形成され、不平衡給電型のアンテナであり、所定の間隔を確保してそれぞれフロント窓ガラス１０２及びリア窓ガラス１０４に配置される。

第１のアンテナ１０３及び第２のアンテナ１０５の素子長は、例えば、ＦＭラジオ放送における動作周波数の略１／４波長であり、動作周波数１００ＭＨｚを仮定するとアンテナ素子長は略０．７５ｍである。

また、第１のアンテナ１０３と第２のアンテナ１０５との間隔である所定の間隔とは、第１のアンテナ１０３と第２のアンテナ１０５との電磁結合影響によって第１のアンテナ１０３及び第２のアンテナ１０５の放射指向性が歪まない距離である。

受信部１０７は、合成分配器１０８より入力される第１のアンテナ１０３及び第２のアンテナ１０５の合成受信信号を増幅させる増幅器を備え、合成受信信号の復調部を備える。

移相器１０６、受信部１０７、合成分配器１０８の配置位置は車両１０１のいずれの場所でもよく、例えば車両ダッシュボード内や車両ピラー内に配置される。

以上のように構成された車両用アンテナ装置１００について、以下にその動作を説明する。

移相器１０６の移相量が調整されることにより、合成分配器１０８から見た第１のアンテナ１０３の動作位相と、合成分配器１０８から見た第２のアンテナ１０５の動作位相との位相差が調整される。

すなわち、第１のアンテナ１０３及び第２のアンテナ１０５により構成される位相差給電アレーアンテナの位相差は移相器１０６によって調整される。
このときの電流分布を図３に示す。

第１のアンテナ１０３の素子長は動作周波数の１／４波長であるため、第１のアンテナ１０３の素子先端は電流の節（電流値の極小位置）、素子給電部は電流の腹（電流値の極大位置）となる。

したがって、第１のアンテナ１０３から給電部に流れ込む電流と、給電部から車両１０１に流れ込む電流は常に同じ向きとなり、例えば図３に示すとおり、第１のアンテナ１０３に流れる電流１０９が素子先端から素子給電部に向かって流れる場合、第１のアンテナ１０３の近傍における車両に流れる電流１１１は、給電部を電流の腹として１／４波長ごとに電流の腹と節を繰り返し、車両全体に放射状に流れることになる。

第２のアンテナ１０５についても同様に、第２のアンテナ１０５の素子先端は電流の節、素子給電部は電流の腹となるため、第２のアンテナ１０５から給電部に流れ込む電流と、給電部から車両１０１に流れ込む電流は常に同じ向きとなり、第２のアンテナ１０５に流れる電流１１０が素子先端から素子給電部に向かって流れる場合、第２のアンテナ１０５の近傍における車両に流れる電流１１２は、給電部を電流の腹として１／４波長ごとに電流の腹と節を繰り返し、車両全体に放射状に流れることになる。

第１のアンテナ１０３に流れる電流１０９及び第２のアンテナ１０５に流れる電流１１０が上述の向きとなるよう、移相器１０６により合成分配器１０８から見た第１のアンテナ１０３の動作位相と第２のアンテナ１０５の動作位相との位相差を調整することにより、第１のアンテナ１０３に流れる電流１０９と第２のアンテナ１０５に流れる電流１１０は逆向きとなり、かつ、第１のアンテナ１０３の近傍における車両に流れる電流１１１と第２のアンテナ１０５の近傍における車両に流れる電流１１２もそれぞれ逆向きとなる。

したがって、天頂（＋Ｚ軸）方向の遠方界から見た第１のアンテナ１０３による放射電磁界成分と第２のアンテナ１０５による放射電磁界成分とが逆位相となり、互いに相殺されるため、＋Ｚ軸方向の指向性利得は小さくなる。

一方、水平（±Ｘ軸、±Ｙ軸）方向の遠方界から見た第１のアンテナ１０３による放射電磁界成分と第２のアンテナ１０５による放射電磁界成分は、第１のアンテナ及び第２のアンテナの距離が離れている分の位相回転があるため相殺されず、逆に同位相となり強め合うため、水平面の指向性利得を改善することができる。

図４に、図１の車両用アンテナ装置１００から第１のアンテナ素子１０３を取り除いた構成（すなわち、第２のアンテナ１０５単体）における放射指向性１１３と、図１の車両用アンテナ装置１００における放射指向性１１４を示す。

図４に示すとおり、放射指向性１１３の最大放射方向は仰角９０度とほぼ天頂方向を向いているのに対し、放射指向性１１４の最大放射方向は仰角６０度である。

すなわち、本発明の実施の形態１においては、上述のように、移相器１０６により合成分配器１０８から見た第１のアンテナ１０３の動作位相と第２のアンテナ１０５の動作位相との位相差を調整することで、放射指向性の最大放射方向が約３０度天頂方向から水平方向に向けられる。

ここで、ＦＭラジオ放送電波の到来方向は仰角０〜２０度付近に集中して分布することが知られている。到来波の平均仰角２０度かつ仰角分布の標準偏差３０度における平均実効利得（ＭＥＧ：Ｍｅａｎ Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ Ｇａｉｎ）は、放射指向性１１３において−３．２ｄＢｉ、放射指向性１１４において−１．０ｄＢｉであり、本発明の実施の形態１における車両用アンテナ装置は、実環境を想定した指標である平均実効利得を約２ｄＢ改善することができる。

以上のように本発明の実施の形態１によれば、フロント窓ガラス１０２に配置された第１のアンテナ１０３とリア窓ガラス１０４に配置された第２のアンテナ１０５に、移相器１０６を用いて位相差給電を行うことにより放射指向性の最大方向を約３０度天頂方向から水平方向に向けることができ、実環境を考慮した受信感度性能を改善することができる。

なお、本発明の実施の形態１では、車両窓ガラスに配置可能であるアンテナとして、第１のアンテナ１０３及び第２のアンテナ１０５は素子長が略１／４波長であるものとして記載しているが、これに限らず、アンテナの放射抵抗を考慮して素子長が略１／４〜略１／２波長の素子長であるアンテナにおいても同様の効果が得られる。

また、本発明の実施の形態１では、第１のアンテナ１０３及び第２のアンテナ１０５は不平衡給電型アンテナとして記載しているが、これに限らず、車両に流れる電流よりもアンテナ素子に流れる電流が増加するため車両影響を低減できる平衡給電型アンテナの場合においても同様の効果が得られる。

さらに、本発明の実施の形態１では、移相器１０６を第１のアンテナ１０３と接続した構成を記載しているが、これに限らず、車両構造などの影響により移相器１０６を第１のアンテナ１０３と接続できない場合においても、例えば、第２のアンテナ１０５と移相器１０６を接続することなどにより、＋Ｚ軸方向の遠方界から見た第１のアンテナ１０３による放射電磁界成分と第２のアンテナ１０５による放射電磁界成分が逆位相になるよう移相器１０６を調整することが可能な構成であれば、同様の効果が得られる。

また、本発明の実施の形態１では、第１のアンテナ１０３をガラスの＋Ｙ軸側、第２のアンテナ１０５をガラスの−Ｙ軸側に配置する構成について記載しているが、これに限らず、車両構造または他無線システム用アンテナなどの影響により第１のアンテナ１０３及び第２のアンテナ１０５を上記のように配置できない場合においても、例えば、図５及び図６に示すように、第１のアンテナ１０３及び第２のアンテナ１０５両方をガラスの−Ｙ軸側もしくは＋Ｙ軸側に配置する構成においても、＋Ｚ軸方向の遠方界から見た第１のアンテナ１０３による放射電磁界成分と第２のアンテナ１０５による放射電磁界成分が逆位相になるよう移相器１０６を調整することにより、同様の効果が得られる。
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２における車両用アンテナ装置について、図面を参照しながら説明する。

図７は本発明の実施の形態２における車両用アンテナ装置の構成図であり、図８は本発明の実施の形態２における車両用アンテナ装置の斜視図である。

本発明の実施の形態２において、本発明の実施の形態１と同様の構成については同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

本発明の実施の形態２と本発明の実施の形態１の相違点は、第１のアンテナ１０３と第２のアンテナ１０５を、第１のアンテナ１０３と第２のアンテナ１０５との電磁結合が十分小さくなる間隔２０１だけ離して配置する点である。

ここで、第１のアンテナ１０３と第２のアンテナ１０５の間隔２０１は略１／２波長以上が望ましく、これにより第１のアンテナ１０３と第２のアンテナ１０５の電磁結合影響を低減することができ、アンテナ性能の劣化を抑えることができる。

以上のように本発明の実施の形態２によれば、第１のアンテナ１０３と第２のアンテナ１０５を所定の間隔２０１だけ離して配置することにより第１のアンテナ１０３と第２のアンテナ１０５の電磁結合によるアンテナ性能劣化を抑えつつ、第１のアンテナ１０３と第２のアンテナ１０５に、移相器１０６を用いて位相差給電を行うことにより放射指向性の最大方向を約３０度天頂方向から水平方向に向けることができ、実環境を考慮した受信感度性能を改善することができる。

なお、本発明の実施の形態２では、第１のアンテナ１０３と第２のアンテナ１０５の間隔２０１を略１／２波長以上として記載しているが、これに限らず、第１のアンテナ１０３と第２のアンテナ１０５の間隔２０１が略１／４波長以上の場合においても、略１／２波長程度の場合よりも効果は小さくなるものの、電磁結合影響を低減できるため同様の効果が得られる。

（実施の形態３）
以下、本発明の実施の形態３における車両用アンテナ装置について、図面を参照しながら説明する。

図９は本発明の実施の形態３における車両用アンテナ装置の構成図であり、図１０は本発明の実施の形態３における車両用アンテナ装置の斜視図である。

本発明の実施の形態３において、本発明の実施の形態１と同様の構成については同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

本発明の実施の形態３と本発明の実施の形態１の相違点は、リア窓ガラス１０４上にヒータ導線３０１が配置され、ヒータ導線３０１と車両１０１のグラウンドとが接続部３０２により高周波的に接続されている点である。

一般的に、車両のリア窓ガラスにはヒータ導線が搭載され、例えば、本発明の実施の形態１のように、第２のアンテナ１０５がリア窓ガラス１０４に配置される場合、ヒータ導線３０１と第２のアンテナ１０５が電磁結合することにより第２のアンテナ１０５のアンテナ性能は劣化する。

本発明の実施の形態３における車両用アンテナ装置では、ヒータ導線３０１と車両１０１とを、ヒータ導線と車両との接続部３０２によって高周波的に接続する構成によって、ヒータ導線３０１と第２のアンテナ１０５の電磁結合影響を低減することができる。

以上のように本発明の実施の形態３によれば、ヒータ導線３０１を車両１０１のグラウンドに高周波的に接続することによりヒータ導線３０１と第２のアンテナ１０５の電磁結合影響を低減でき、第２アンテナのアンテナ性能劣化を抑えることができる。これにより、リア窓ガラスにヒータ導線を備える車両においても、実環境を考慮した良好な受信感度性能を得ることができる。

なお、本発明の実施の形態３では、ヒータ導線３０１と車両１０１のグラウンドとが物理的に接続される構成として記載しているが、これに限らず、例えばコンデンサなどにより高周波的に接続される構成においても同様の効果が得られる。

本発明の車両用アンテナ装置は、放射指向性制御により希望波の到来方向へ放射指向性の最大放射方向を向けることで高い受信感度性能が得られるという効果を有し、例えば、車両フロント窓ガラスまたはリア窓ガラスに搭載するアンテナ装置などに有用である。

１００：車両用アンテナ装置
１０１：車両
１０２：フロント窓ガラス
１０３：第１のアンテナ
１０４：リア窓ガラス
１０５：第２のアンテナ
１０６：移相器
１０７：受信部
１０８：合成分配器
１０９、１１０：アンテナに分布する電流
１１１、１１２：アンテナ近傍の車両に分布する電流
１１３、１１４：放射指向性
２０１：第１のアンテナと第２のアンテナの間隔
３０１：ヒータ導線
３０２：ヒータ導線と車両との接続部

Claims (3)

1. フロント窓ガラスに配置された第１のアンテナと、リア窓ガラスに配置された第２のアンテナと、前記第１のアンテナ及び第２のアンテナの少なくとも一方の位相を調整する移相器と、前記第１のアンテナと前記第２のアンテナの受信信号を合成する合成分配器と、を備え、
   前記第１のアンテナは、前記フロント窓ガラスにおける＋Ｙ方向の端部に素子給電部を有するとともに、−Ｙ方向に向けて伸び、
   前記第２のアンテナは、前記リア窓ガラスにおける−Ｙ方向の端部に素子給電部を有するとともに、＋Ｙ方向に向けて、前記第１のアンテナと平行に伸び、
   前記移相器は、前記第１のアンテナと前記第２のアンテナに流れる電流が逆向きになるよう、前記第１のアンテナの動作位相と前記第２のアンテナの動作位相との位相差を調整することを特徴とする車両用アンテナ装置。
2. 前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナを１／２波長以上離して配置することを特徴とする請求項１に記載の車両用アンテナ装置。
3. 前記リア窓ガラスに配置されたヒータ導線を備え、
   前記ヒータ導線と自装置を搭載する車両のグラウンドとを高周波的に接続させることを特徴とする請求項１ないし請求項２のいずれかに記載の車両用アンテナ装置。