JP2010045740A - 車両用アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】バランが不要で、道路運送車両の保安基準に適合し、車両のフロントガラスの上縁部に配設できる車両用アンテナを提供する。
【解決手段】フロントガラス１０の上縁１０ａに対して直角に下に向けて第１のエレメント１２を配設し、これと略逆Ｌ字状となるよう上縁１０ａに沿って第２のエレメント１４を配設する。第１のエレメント１２の長さを送受信周波数帯の１／４波長の実効長とする。第２のエレメント１４の長さを送受信周波数帯の１／４波長の実効長とし、その幅を第１のエレメント１２の幅の１３倍以上で２５ｍｍ以下とする。第１のエレメント１２と第２のエレメント１４に同軸線路１６の中心導体１６ａと外部導体１６ｂをそれぞれに電気的接続する。実用的に不平衡アンテナとして作用させ、不平衡型の同軸線路１６と電気的接続させてもバランが不要となる。第２のエレメント１４の幅を２５ｍｍ以下とし、道路運送車両の保安基準に適合させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両のフロントガラスの上縁部に配設する車両用アンテナに関するものである。

車両のフロントガラスに車両用アンテナを配設する場合に、ドライバーの視界を確保するために、アンテナはなるべく設置面積が小さく、しかもフロントガラスの周縁部に配設されることが望ましい。そこで、ドライバーの視界を確保するために、道路運送車両の保安基準第２９条第４項第７号により、アンテナをフロントガラスの周縁から２５ｍｍ以内に設置することが義務付けられている。なお、保安基準では、１．０ｍｍ以下の細線にあっては、周縁部の２５ｍｍの幅から突出することが許容されている。

そこで、かかる車両用アンテナの一例として、Ｖ形ダイポールアンテナが検討されている。このＶ形ダイポールアンテナの構造を、図１０を参照して簡単に説明する。図１０において、車両のフロントガラス１０の上縁部に、フロントガラス１０の上縁１０ａに対して略直角に下に向けて放射用パターンとしての第１のエレメント１２が配設され、この第１のエレメント１２とともに略逆Ｌ字状となるように上縁１０ａに沿って接地用パターンとしての第２のエレメント１４が配設される。第１と第２のエレメント１２、１４は、導電薄膜等で形成されており、その幅は一例としてそれぞれに０．８ｍｍである。そして、第１のエレメント１２の長さｃは、一例として携帯電話用の８００ＭＨｚ帯の送受信周波数の１／４波長の実効長となるように設定され、その物理的長さが４６ｍｍに設定される。また、第２のエレメント１４の長さｄは、同様に送受信周波数の１／４波長の実効長となるように設定されるが、その物理的長さは８０ｍｍに設定される。ここで、第２のエレメント１４は、上縁１０ａに沿って配設されるために、導電金属からなりグランド電極として作用する車両のボデーとの間で容量結合が生じて、同じ１／４波長の実効長であっても、第１のエレメント１２に比較してその物理的長さｄを長く必要としている。なお、１／４波長の実効長となる物理的長さは、それらのエレメントが配設されるフロントガラス１０の被誘電率等の電気的特性により大きな影響を受けるとともに、グランド電極との間の容量結合の度合いにより大きく影響されることは、当業者であれば容易に理解できるであろう。そして、第１のエレメント１２に同軸線路１６の中心導体１６ａが電気的接続され、第２のエレメント１４に同軸線路１６の外側導体１６ｂが電気的接続されている。

しかるに、このＶ形ダイポールアンテにあっては平衡型アンテナであり、信号経路としての不平衡型の同軸線路１６に電気的接続させる場合に、信号を良好に伝達させるためにはバランを必要とする。また、このＶ形ダイポールアンテナは、比較的に狭帯域であって、携帯電話用の８００ＭＨｚ帯等の広帯域用のアンテナとしては不適当である。かかるＶ形ダイポールアンテナの不具合については、特開２００７−９６４７５号公報に述べられている。さらに、Ｖ形ダイポールアンテナの接地用パターンを中抜き形状としたアンテナが、特許第３１７３９０４号公報に記載されている。
特開２００７−９６４７５号公報 特許第３１７３９０４号公報

上記の特許文献１で提案されている技術は、バランを不要とするために、Ｖ形ダイポールアンテナを構成する線状素子に加えて、さらに他の線状素子を配設したものである。他の線状素子を加えるために、アンテナとしての構造が複雑なものとなる。また、上記の特許文献２で提案されている技術は、接地用パターンを中抜き形状としていて、その幅が４０ｍｍであり、車両のフロントガラスの上縁部に配設するとすれば、道路運送車両の保安基準に適合しておらず、少なくとも、車両のフロントガラスの上縁部には配設することができない。

本発明は、上述のごとき事情に鑑みてなされたもので、バランを必要とせず、しかも道路運送車両の保安基準に適合していて、車両のフロントガラスの上縁部に配設することができる車両用アンテナを提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために、本発明の車両用アンテナは、車両のフロントガラスの上縁部に配設される車両用アンテナであって、前記フロントガラスの上縁に対して直角に下に向けて第１のエレメントを配設し、前記第１のエレメントとともに略逆Ｌ字状となるように前記上縁に沿って第２のエレメントを配設し、前記第１のエレメントの長さを送受信周波数帯の１／４波長の実効長に設定し、前記第２のエレメントの長さを前記送受信周波数帯の１／４波長の実効長とするとともにその幅を前記第１のエレメントの幅の１３倍以上で２５ｍｍ以下に設定し、前記第１のエレメントに同軸線路の中心導体を電気的接続し、前記第２のエレメントに前記同軸線路の外部導体を電気的接続して構成されている。

請求項１記載の車両用アンテナにあっては、放射用パターンとして作用する第１のエレメントに対して、接地用パターンとして作用する第２のエレメントの幅を１３倍以上とすることで、実用的に不平衡アンテナとして作用させて、不平衡型の同軸線路と電気的接続させてもバランが不必要となる。また、接地用パターンとしての第２のエレメントの幅が無限大であれば完全な不平衡アンテナとして作用するが、その幅を２５ｍｍ以下として、道路運送車両の保安基準に適合させているが、かかる構造で実用上の不具合がないことを実験的に確かめた。

以下、本発明の第１実施例を図１ないし図５を参照して説明する。図１は、本発明の車両用アンテナの第１実施例の構造を示す図である。図２は、第２のエレメントの幅を広くした状態と図１０に示す従来のＶ形ダイポールアンテナのＶＳＷＲ周波数特性のシュミレーションの図である。図３は、第２のエレメントの幅を広くするとともに第１のエレメントの長さを短くして中心周波数を調整した状態と図１０に示す従来のＶ形ダイポールアンテナのＶＳＷＲ周波数特性のシュミレーションの図である。図４は、図１の本発明の車両用アンテナのＶＳＷＲ周波数特性の実測データの図である。図５は、図１の本発明の車両用アンテナの仰角０度の垂直偏波の周波数に対する実測の指向特性図であり、（ａ）は８１５ＭＨｚであり、（ｂ）は８４３ＭＨｚであり、（ｃ）は８７５ＭＨｚであり、（ｄ）は９２５ＭＨｚである。図１において、図１０と同じまたは均等な部材には同じ符号を付けて重複した説明を省略する。

図１において、図１０に示した従来のＶ形ダイポールアンテナと相違するところは、まず接地パターンとして作用する第２のエレメント１４の幅ｂ’が、０．８ｍｍから１２ｍｍと広くされたことにある。さらに、第１のエレメント１２の長さｃ’が４６ｍｍから４２ｍｍと短くされたことにある。

まず、発明者らは、有限地板上モノポールアンテナが不平衡型アンテナであることから、平衡型の従来のＶ形ダイポールアンテナを有限地板上モノポールアンテナにその構造を近づければ不平衡型アンテナとして動作するものと予測した。そこで、平衡型の従来のＶ形ダイポールアンテナを不平衡型に変更するために、有限地板となる接地パターンとして作用する第２エレメント１４の幅ｂ’を０．８ｍｍから１２ｍｍまで拡大した。ここで、第１のエレメント１２の長さｃは、従来と同じ４６ｍｍのままである。すると、図２に示すように、ＶＳＷＲ周波数特性のシュミレーションでは、広帯域化がなされるととともにその中心周波数が低下した。そこで、発明者らは、中心周波数を調整すべく、第１のエレメント１２の長さｃ’を４２ｍｍに短くした。すると、図３に示すごとく、ＶＳＷＲ周波数特性のシュミレーションでは、広帯域化がなされるととともにその中心周波数が従来のものと一致させることができた。そして、発明者らは本発明の車両用アンテナを製作してＶＳＷＲ周波数特性を実測したところ、図４に示されるごとく、携帯電話用の８００ＭＨｚ帯の８１５ＭＨｚから９２５ＭＨｚの範囲で良好なＶＳＷＲ特性が確認された。さらに、仰角０度の垂直偏波の周波数に対して、８１５ＭＨｚ、８４３ＭＨｚ、８７５ＭＨｚ、９２５ＭＨｚでそれぞれの指向特性を実測したところ、図５に示すごとく、８１５ＭＨｚ、８４３ＭＨｚ、８７５ＭＨｚ、９２５ＭＨｚのいずれでもほぼ無指向性が得られた。しかも、その平均利得は、８１５ＭＨｚで０．２７ｄＢｉ、８４３ＭＨｚで−０．７７ｄＢｉ、８７５ＭＨｚで−１．０１ｄＢｉ、９２５ＭＨｚで−１．０２ｄＢｉと優れたものであった。そして、第２のエレメント１４は、その幅ｂ’が１２ｍｍであり、道路運送車両の保安基準第２９条第４項第７号により義務付けられているアンテナをフロントガラス１０の縁部１０ａから２５ｍｍ以内に設置することができる。したがって、本発明の第１実施例の車両用アンテナにあっては、実用的に優れたものである。なお、第１のエレメント１２の幅ａは０．８ｍｍであり、ＶＳＷＲが３以下の帯域幅を拡大するのに寄与しており、携帯電話用の８００ＭＨｚ帯で必要とする広帯域化を可能としている。よって、第１のエレメント１２の幅ａは、０．８ｍｍ以上であることが望ましい。しかるに、道路運送車両の保安基準により、フロントガラス１０の周縁部の２５ｍｍの幅から突出する細線は、１．０ｍｍ以下に規制されている。そこで、第１のエレメント１２の幅ａは、０．８ｍｍ以上で１．０ｍｍ以下に制限される。

本発明の第１実施例の車両用アンテナにあっては、第２のエレメント１４の幅ｂ’は１２ｍｍであり、第１のエレメント１２の幅ａに対して、ａ：ｂ’＝１：１５の関係にある。そこで、発明者らは、接地パターンとして作用する第２のエレメント１４の幅ｂ’を１０ｍｍとして、第１のエレメント１２の幅ａに対して、ａ：ｂ’＝１：１３の関係として、利得と指向特性を実測してみた。すると、図６に示すように、８１５ＭＨｚ、８４３ＭＨｚ、８７５ＭＨｚ、９２５ＭＨｚのいずれでもほぼ無指向性が得られた。しかも、その平均利得は、８１５ＭＨｚで−３．０６ｄＢｉ、８４３ＭＨｚで−４．６５ｄＢｉ、８７５ＭＨｚで−５．３９ｄＢｉ、９２５ＭＨｚで−４．６０ｄＢｉであった。そして、９２５ＭＨｚにおける利得の最大と最小の差が、８．００ｄＢであった。かかる特性の本発明の車両用アンテナも実用上で充分に使用できる。しかし、第２のエレメント１４の幅ｂ’が１２ｍｍの第１実施例の本発明の車両用アンテナに対して、第２のエレメント１４の幅ｂ’を１０ｍｍとした本発明の車両用アンテナは、利得と無指向性の点で特性が悪くなっており、第２のエレメント１４の幅ｂ’の最小幅を示唆している。そして、第２のエレメント１４の幅ｂ’の最大幅は、大きくするほど不平衡型のアンテナとして動作する有限地板上モノポールアンテナに近づき、より不平衡型となるが、道路運送車両の保安基準第２９条第４項第７号により義務付けられている２５ｍｍ以下に制限せざるを得ない。なお、第２のエレメント１４の幅ｂ’を１０ｍｍとするために、第１のエレメント１２の長さｃ’は、中心周波数が一致するように調整されることは勿論である。

さらに、発明者らは、第１のエレメント１２と同軸線路１６の中心導体１６ａの間に、図７に示すように、コイルＬとコンデンサＣを直列接続してなるマッチング回路１８を介装して、ＶＳＲＷ特性を測定した。一例として、マッチング回路１８を構成するコイルＬは５．６ｎＨであり、コンデンサＣは１０ｐＦである。すると、図８に示すごとく、８１５ＭＨｚから１．５７５ＧＨｚの範囲で、ＶＳＷＲが３以下の特性が得られた。してみると、マッチング回路１８を介装することで、携帯電話用の８００ＭＨｚ帯とＧＰＳ１．５ＧＨｚ帯の２つの周波数帯のデュアルバンドアンテナとしても十分に使用が可能である。そして、マッチング回路１８を構成するコイルＬとコンデンサＣの定数を適宜に設定すれば、携帯電話用の８００ＭＨｚ帯と１．８ＧＨｚから２．０ＧＨｚ帯の２つの周波数帯のデュアルバンドアンテナとして、使用することも可能である。

そしてまた、図９に示すように、車両のフロントガラス１０の上縁部に、本発明の車両用アンテナ２０、２０を横に２つ離して配設することで、ダイバーシティアンテナとしても作用させることが可能である。なお、本発明の車両用アンテナを２つ配設してダイバーシィアンテナとして作用させる場合に、２つの車両用アンテナの配設位置は、図９に示された構造に限られるものでない。また、同軸線路１６を引き回す配線も、図９に示された構造に限られるものでない。

本発明の車両用アンテナの第１実施例の構造を示す図である。 第２のエレメントの幅を広くした状態と図１０に示す従来のＶ形ダイポールアンテナのＶＳＷＲ周波数特性のシュミレーションの図である。 第２のエレメントの幅を広くするとともに第１のエレメントの長さを短くして中心周波数を調整した状態と図１０に示す従来のＶ形ダイポールアンテナのＶＳＷＲ周波数特性のシュミレーションの図である。 図１の本発明の車両用アンテナのＶＳＷＲ周波数特性の実測データの図である。 図１の本発明の車両用アンテナの仰角０度の垂直偏波の周波数に対する実測の指向特性図であり、（ａ）は８１５ＭＨｚであり、（ｂ）は８４３ＭＨｚであり、（ｃ）は８７５ＭＨｚであり、（ｄ）は９２５ＭＨｚである。 第２のエレメントの幅ｂ’を１０ｍｍとして、第１のエレメントの幅ａに対して、ａ：ｂ’＝１：１３の関係として、本発明の車両用アンテナの仰角０度の垂直偏波の周波数に対する実測の指向特性図であり、（ａ）は８１５ＭＨｚであり、（ｂ）は８４３ＭＨｚであり、（ｃ）は８７５ＭＨｚであり、（ｄ）は９２５ＭＨｚである。 第１エレメントと同軸線路の中心導体の間に、介装するマッチング回路１８を示す回路図である。 図７のマッチング回路を介装した場合のＶＳＲＷ周波数特性の実測データの図である。 車両のフロントガラスの上縁部に、本発明の車両用アンテナを２つ離して配設して、ダイバーシティアンテナとしても作用させるようにした図である。 従来のＶ形ダイポールアンテナの構造を示す図である。

符号の説明

１０ フロントガラス
１０ａ 上縁
１２ 第１のエレメント
１４ 第２のエレメント
１６ 同軸線路
１６ａ 中心導体
１６ｂ 外側導体
１８ マッチング回路
Ｌ コイル
Ｃ コンデンサ
２０ 本発明の車両用アンテナ

Claims (4)

1. 車両のフロントガラスの上縁部に配設される車両用アンテナであって、前記フロントガラスの上縁に対して直角に下に向けて第１のエレメントを配設し、前記第１のエレメントとともに略逆Ｌ字状となるように前記上縁に沿って第２のエレメントを配設し、前記第１のエレメントの長さを送受信周波数帯の１／４波長の実効長に設定し、前記第２のエレメントの長さを前記送受信周波数帯の１／４波長の実効長とするとともにその幅を前記第１のエレメントの幅の１３倍以上で２５ｍｍ以下に設定し、前記第１のエレメントに同軸線路の中心導体を電気的接続し、前記第２のエレメントに前記同軸線路の外部導体を電気的接続して構成したことを特徴とする車両用アンテナ。
2. 請求項１記載の車両用アンテナにおいて、前記送受信周波数帯が携帯電話用の８００ＭＨｚ帯となるように、前記第１のエレメントと前記第２のエレメントの実効長を前記８００ＭＨｚ帯の１／４波長に設定して構成したことを特徴とする車両用アンテナ。
3. 請求項１記載の車両用アンテナにおいて、前記第１のエレメントと前記同軸線路の前記中心導体との間に、コイルとコンデンサの直列接続からなるマッチング回路を介装して、携帯電話用の８００ＭＨｚ帯とＧＰＳ用の１．５ＧＨｚ帯の２つの周波数帯を送受信できるように構成したことを特徴とする車両用アンテナ。
4. 車両のフロントガラスの上縁部に、請求項１記載の車両用アンテナを離して２つ配設して、ダイバーシティ用のアンテナを構成したことを特徴とする車両用アンテナ。