JP5624941B2 - 車両用ルーフアンテナ - Google Patents

Description

本発明は、車両のルーフ枠体に取り付けられたルーフパネルをアンテナとして利用することのできる車両用ルーフアンテナに関する。

従来から、車両には、ＡＭ・ＦＭラジオ放送、テレビ放送、ＧＰＳ及び携帯電話帯の電波を送受信するための複数の送受信機及び、それぞれの周波数帯に応じた複数のアンテナ素子が搭載されている。これらの送受信機は、車両への搭載を容易にするために各送受信機を統合して小形化されている。また、これらのアンテナ素子は、電波を拾うために車両のトランクリッド、スポイラ、リアウィンドウのガラス面等の車体部分に分散して設置されることが多いものの、取付けスペースの関係から複数の周波数帯の電波を送受信することのできる複数波共用形のアンテナとなっている。

近年、無線通信技術が急速に発展し、車両に搭載される送受信機やアンテナ等の環境が変化している。例えば、従来、主要な無線通信であったＡＭ・ＦＭラジオ、アナログテレビ、ＧＰＳ及び携帯電話に加えて、地上波デジタルテレビ、ＤＡＢ（デジタルオーディオ放送）、及びＳＤＡＲＳ（衛星デジタル・オーディオ・ラジオ・サービス）などの新しい無線通信サービスが提供されるようになった。また、これらの無線通信サービスの他に、ＶＩＣＳ（道路交通情報システム）やＥＴＣ（自動料金収受システム）などのような双方向通信のサービスもあり、車両に取り付けるアンテナの数が増加傾向にある。

電波を安定して送受信するため、見通しが良く車両の最も高い位置であるルーフに装着するルーフアンテナが用いられることがある。ルーフアンテナには２つの種類があり、第１の種類は、アンテナ素子を収容するケースを金属製のルーフ上に装着するいわゆるルーフ取付形のルーフアンテナがある。また、第２の種類は、金属性のルーフの替わりに樹脂製のルーフパネルを使用し、アンテナ素子を装着した樹脂製のルーフパネルをルーフ枠体に取り付けた、いわゆるルーフパネル形のルーフアンテナがある。

ルーフ取付形のルーフアンテナには、特許文献１に示されているように、ルーフ上に装着され、アンテナ容積を拡大することなく、携帯電話帯とＧＰＳ帯との電波を送受信できる複数波共用形のフィン形状のルーフアンテナがある。また、特許文献２には、ルーフ上に装着され、携帯電話帯、ＦＭラジオ帯及びＡＭラジオ帯の電波を送受信できる複数波共用形のポール形状のルーフアンテナが示されている。

ルーフパネル形のルーフアンテナには、特許文献３に示されるように、車両のルーフ枠体に取り付ける樹脂製のルーフパネルにループ状の給電素子と面状の給電素子を配設してテレビ帯、ＦＭラジオ帯及びＡＭラジオ帯を受信できる複数波共用形のルーフアンテナがある。

特開２００４−２２８９０９号公報 特開平７−９４９２９号公報 特開２００３−２４９８１２号公報

特許文献１，２に示されたルーフ取付形のルーフアンテナにてアンテナの数を増加させるとルーフ上にアンテナのケースが林立することになる。また、ケースの数を削減するためにケース内に収容するアンテナの数を増やすとケースが大形化し、見栄えの悪化、空力抵抗及び風切り音が大きくなるという問題がある。

これに対し、特許文献３に示されているルーフパネル形のルーフアンテナを用いる場合には、樹脂製のルーフパネルがアンテナとして機能することから、ルーフパネルにアンテナの数を増やしても突起物が増えることもない。一方、車両のルーフにはアンテナの他に電源を必要とする機器が取り付けられており、これらとの電磁的干渉を避ける必要があると共に複数波共用形のアンテナであるため、各アンテナを分散して配置することが困難である。従来は、金属製のルーフであったため電磁的干渉はあまり問題とならなかった。これに対し、樹脂製のルーフパネルの場合、アンテナと送受信機を接続するハーネスは、信号の回り込みを防止するためにシールド形・低減衰形のハーネスによる配設、又は、アンテナに増幅器を設けることが必要である。このような状況から、本出願人は、今後の無線通信サービスの増加、アンテナ素子の増加及び機器の増加を予測して信号の回り込み防止のため、機器への電源ラインも含めて検討することにした。

そこで、本発明では、車両のルーフパネルに分散配置される複数のアンテナ素子と信号ライン及び機器へ電源を供給する電源ライン等も含めて配置場所を最適化し、樹脂製ルーフパネルの搭載スペースを利用した車両用ルーフアンテナを提供することを目的とする。

以上のような目的を達成するために、本発明に係る車両用ルーフアンテナは、車両のルーフに設けられた樹脂製のルーフパネルと、前記ルーフパネルに配置された複数のアンテナ素子と、前記複数のアンテナ素子のそれぞれに接続され、前記ルーフパネルの一辺側に寄せて配設された信号ラインと、前記一辺に対向する反対辺側に寄せて配設され、電力を機器に供給する電力ラインと、を備え、前記複数のアンテナ素子は、第１アンテナ素子と、ダイバーシチアンテナを構成する第２アンテナ素子および第３アンテナ素子と、前記第１アンテナ素子が受信する電波の周波数よりも高い周波数の電波を受信する第４アンテナ素子と、を含み、前記第１アンテナ素子および第４アンテナ素子は、前記第１アンテナ素子、前記第２アンテナ素子、前記第４アンテナ素子および前記第３アンテナ素子の各位置を頂点とする四角形における１組の対角上に位置し、前記第２アンテナ素子および前記第３アンテナ素子は、前記四角形における他の１組の対角上に位置し、前記第１アンテナ素子および前記第２アンテナ素子は、前記反対辺側に前記反対辺に沿った方向に間隔を隔てて配置され、前記第３アンテナ素子および前記第４アンテナ素子は、前記一辺側に前記一辺に沿った方向に間隔を隔てて配置されることを特徴とする。

また、本発明に係る車両用ルーフアンテナにおいて、望ましくは、各前記アンテナ素子は、前記ルーフパネルへの配置場所によりそれぞれ決まる信号ライン長と、各前記アンテナ素子の周波数特性により決まる信号ライン単位長さ当たりの単位減衰量と、の積である減衰量が許容値以下となるように配置場所を入れ替えて前記ルーフパネルに配置される。望ましくは、前記第４アンテナ素子は、全方向の指向性を有し、前記車両のフロントガラスが立ち上がった直後の位置に配置される。

また、本発明の実施形態に係る車両用ルーフアンテナにおいて、各アンテナ素子は、電力ラインからの電磁ノイズの侵入を避けるため、アンテナ素子の周波数が高い順に信号ライン側から電力ライン側に配置される。

さらに、本発明の実施形態に係る車両用ルーフアンテナは、車両のルーフ枠体に取り付けられたルーフライニング及びルーフライニングを含む樹脂製のルーフパネルと、ルーフパネルに分散して配置され、異なる周波数の電波を送受信する複数のアンテナ素子と、車室内に取り付けられた送受信機から各アンテナ素子に接続するため、ルーフパネルの一辺に寄せて配設した複数の信号ラインと、ルーフパネルを覆うようにルーフパネルの車室側に取付けられた内装パネルと、ルーフパネルの信号ラインから距離が離れるように内装パネルの一辺に寄せて配設され、電力を機器に供給する電力ラインと、を備える。

本発明に係る車両用ルーフアンテナを用いることにより、アンテナ素子、信号ライン及び電源ラインをルーフパネル又はルーフライニングへ配置する際、配置場所の最適化をすることで新しい無線通信サービスの増加に対応することが可能となり、また、アンテナ特性の性能向上を実現できるとういう効果がある。

本発明の実施形態に係る車両用ルーフアンテナの構成図である。 図１の車両用ルーフアンテナを搭載した車両の概要図である。 図２に示したルーフの断面図である。 図２に示したルーフ補強材の一部を樹脂製のルーフパネルに組み込んだ実施形態を示す概要図である。 本実施形態に係る車両用ルーフアンテナのアンテナ素子と信号ラインと電源ラインとの配置を説明する説明図である。 日本国内仕様、欧州仕様及び米国仕様の配置の一例を説明する説明図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。

図１は車両用ルーフアンテナ１０を示し、図２は車両用ルーフアンテナ１０を搭載した車両１を示している。以下、車両用ルーフアンテナ１０について概説する。図１の車両用ルーフアンテナ１０は、複数のアンテナ素子が形成された樹脂製のルーフパネル１１と、各アンテナ素子から送受信機１２に伸びる信号ライン１３と、各アンテナ素子から距離を離して信号ライン反対側に配設された電源ライン１４と、を有している。ルーフパネル１１には、送受信機１２からのライン長（信号ライン長）の短い順にＡ領域３１、Ｂ領域３２、Ｃ領域３３、Ｄ領域３４が予め決められた間隔で割り当てられ、各アンテナ素子が配置されている。信号ライン１３はフロントのピラーを通ってルーフ右側の幹線にまとめられ、幹線から分岐して各アンテナ素子に接続されている。ここで、送受信機１２は複数の送受信機を統合した機器である。

本実施形態では、４つ以上のアンテナ素子を４つの領域（Ａ領域３１からＤ領域３４）に配置するため、以下に示す４つのステップにて配置を検討した。第１のステップは、送受信機の位置を決めて送受信機から各領域までの信号ラインを配設してライン長を求める。第２のステップは、配置すべきアンテナ素子の減衰量に関する許容値を設定し、周波数特性により決まる単位長さ当たりの単位減衰量とライン長との積による減衰量が許容値を超えないように第１回目の配置を決める。第３のステップは、電源ライン１４からの電磁ノイズの回り込みを考慮して電源ライン１４を配設し、電磁ノイズの影響に基づいて第１回目の配置を修正して第２回目の配置を決める。第４のステップは、アンテナ素子の大きさや配置によって各アンテナ素子との間隔調整するために第２回目の配置を修正して第３回目の配置を決める。このようなステップを採用した理由は、アンテナ素子で受信した信号の減衰を避けることに重点を置いたからである。なお、最適化が不十分であれば配置を修正することはいうまでもない。次に、送受信機からＡ領域３１〜Ｄ領域３４までのライン長について示す。

図２の車両１に示すように、送受信機１２と各アンテナ素子の配置場所が決まると、各アンテナ素子までのライン長が定まる。例えば、送受信機からＡ領域３１までのライン長は３ｍとなり、Ｂ領域３２までのライン長は４．５ｍとなり、Ｃ領域３３までのライン長は６ｍとなり、Ｄ領域３４までのライン長は７．５ｍとなる。よって、ライン長に応じたアンテナ素子の配置が可能となる。

また、車両用ルーフアンテナ１０の近くには、ルーフパネル１１を覆うように車室側から取り付けられたルーフライニング２７（内装パネル）と、ルーフライニング２７に取り付けられたマップランプ２４とルームランプ２５と、が設けられている。各ランプへの電源ライン１４は、信号ライン１３へのノイズの回り込みを低減させるため、信号ライン１３から離して配設されている。さらに、Ａ領域３１からＤ領域３４から電源ラインまでは、所定の距離を保って配置されている。

図６は、日本国内仕様、欧州仕様及び米国仕様の配置の一例を示している。以下、ルーフパネル１１のＡ領域３１からＤ領域３４について、日本国内仕様の無線通信サービスを例にしたアンテナ素子の配置を概説する。日本国内仕様の表は、アンテナ素子の内容と、アンテナ素子の周波数特性により決まる単位減衰量と、電源ラインからの回り込みノイズを加味した許容値と、アンテナ素子の配置場所によって定まるライン長と単位減衰量の積で求まる減衰値と、を示している。各アンテナ素子には、許容値が設定されているため、許容値以内となるように各領域を入れ替えて配置の最適化が行われる。なお、欧州仕様、米国仕様の場合もアンテナ素子の特性が異なるため、同様に最適化配置を行った。

次に、上述した最適化配置を元にして実施したアンテナ素子の配置の一例について詳説する。なお、上述した表では電源ライン１４の配設とアンテナ素子を配置する上で必要なアンテナ素子の実装寸法とを考慮する前の配置であるので、図１ではこれらを考慮して配置を修正した。Ａ領域３１は、送受信機１２からのライン長が最も短いため、ＧＰＳ用アンテナ素子１５、電話用アンテナ素子１６，１７等のようにライン長によって減衰量が大きく変化するアンテナ素子に好適であり、フロントガラスによって立ち上がった直後の場所であることから全方向の指向性を有するアンテナ素子においても好適である。Ｂ領域３２は、Ａ領域３１ほどライン長が短くはないが、地上波デジタル放送とＦＭ放送の共用アンテナであるＦＭ用アンテナ素子２１と、ＥＴＣやＶＩＣＳなどを受信するための共用アンテナであるＶＩＣＳ用アンテナ素子１９等を配置することが好適である。Ｃ領域３３は、Ｂ領域３２よりもライン長が長くなるものの、ＦＭ用アンテナ素子２１と左右一対でダイバーシチを構成するＦＭ用アンテナ素子２２を配置することが好適である。さらに、Ｄ領域３４はライン長が最も長くなるものの、周波数の低いＡＭ用アンテナ素子２３であれば問題なく配置することが可能である。なお、Ｂ領域３２に配置したＦＭ用アンテナ素子２１は地上波デジタル放送とＦＭ放送の共用アンテナとしたが、これに限らず、地上波デジタル放送用のアンテナとＦＭ放送用アンテナとを別アンテナとして配置してもよい。また、ＦＭ用アンテナ素子２１，２２をＡＭラジオを受信するアンテナとしても使いＡＭ／ＦＭアンテナを共用化してもよい。

このように、ルーフパネル１１は、車両の高い位置にあるため、各アンテナ素子の指向性を考慮して配置がしやすく、双方向の無線通信サービスであるＥＴＣや各種デジタル通信などにも対応が容易である。さらに、ルーフパネル１１だけで数多くのアンテナ素子を搭載することができ、他の機器との干渉が少ないことからアンテナ設計が容易となる。

図２は車両１に車両用ルーフアンテナ１０を搭載した概要構成を示し、信号ライン１３と電源ライン１４の配設について示している。信号ライン１３は車両前方の車室内に搭載された送受信機１２に接続され、送受信機１２から伸びる信号ライン１３は車両右側のピラーを通り、ルーフパネル端部の幹線から分岐してＡ領域３１からＤ領域３４のアンテナ素子に接続されている。信号ライン１３と電源ライン１４を離して配設するため、電源ライン１４は車両前方に配置されたバッテリ１８に接続され、バッテリ１８から伸びる電源ケーブルの一部は、信号ライン１３と反対側のピラーを通り、ルーフライニング２７とルーフ枠体４１で囲まれる空間を通って車両後方のラッゲージランプ２６に接続されている。また、ルーフパネル１１は、左右のルーフ枠体４１を接続するルーフ補強材４２とフロントウィンド補強材４３との上側に取り付けられ、これらの補強材の下側に電源ライン１４が配設されたルーフライニング２７が取り付けられることから、補強材による電源ライン１４のシールド効果が期待できる。

図３（Ａ）は図２に示したルーフのＮ−Ｎ断面を示し、図３（Ｂ）はルーフパネルにアンテナ素子を内蔵した変形例を示している。図３（Ａ）のルーフパネル１１は、ルーフパネル１１の車室側のＡ領域３１とＢ領域３２の表面にアンテナ素子を取り付け、ルーフパネル１１の車室側をルーフライニング２７で覆ったルーフパネルである。このような取付方法は、作業が容易である反面、電波が通過する樹脂の厚さが問題となる無線通信サービスを利用する場合には、ルーフパネルの樹脂の厚さを薄くする必要がある。しかし、樹脂の厚さを薄くすることは強度の低下となる場合があり、アンテナ素子部分の樹脂を薄くしてルーフパネル内にアンテナ素子を組み込むことが必要となる。そこで、図３（Ｂ）のルーフパネル１１のように、ルーフパネル内部にＡ領域３１とＢ領域３２を形成し、ルーフパネルの厚みを薄くすることなくアンテナ素子上の樹脂の厚さを薄くすることが可能となる。さらに、アンテナ素子をルーフパネルではなく、ルーフライニング２７に取り付けることにより、強度の低下を防ぐことが可能となる。次に、ルーフパネルをアンテナとして有効に利用する方法として車両のルーフ補強部材を樹脂化してアンテナ素子を搭載する領域とした実施形態を以下に示す。

図２の車両１では、車両剛性の確保のため、ルーフ補強材やフロントウィンド補強材を使用しているが、樹脂強度が向上して金属と同等の強度が得られる場合には、樹脂製のルーフ補強材やフロントウィンド補強材とルーフパネルを組み合わせてルーフアンテナ２０を構築することで、車両剛性が確保可能となる。図４は、図２に示したルーフ補強材の一部を樹脂製のルーフパネル１１に組み込み、このルーフパネル１１を車両２に搭載した車両用ルーフアンテナ２０を示している。図４のルーフパネル１１はさらにＤＡＢ２８（デジタルオーディオ放送）を追加し、樹脂製ルーフ補強材と樹脂製フロントウィンド補強材との組み合わせたルーフパネル１１により、アンテナ素子近傍の金属部の悪影響を排除することが可能となる。

図５は、車両用ルーフアンテナ３０〜５０のアンテナ素子（Ａ領域３１からＤ領域３４）と信号ライン１３と電源ライン１４との配置を示し、アンテナ素子の配置の他に送受信機１２の配置を最適化した場合の構成例について説明する。図５（Ｊ）は車両後方に送受信機１２を配置し、信号ライン１３は車両後方から車両前方に伸ばし、電源ライン１４は車両の進行方向左側に寄せて配置したものである。このように配置することにより、特にセダンタイプの車両のように後部ルーフパネルからの見通しが良いＣ領域３３へのライン長が短くなり、車両後方にＧＰＳ用アンテナ素子１５、電話用アンテナ素子１６，１７等のようにライン長によって減衰量が大きく変化するアンテナ素子を配置することが可能となる。

図５（Ｋ）は、車両前方に送受信機１２を配置してルーフパネル１１の車両前方の一辺に信号ライン１３を配設し、信号ライン１３の左右側から分岐させて各アンテナ素子へ接続したものである。車室内において運転者と助手席との間のオーバヘッドコンソールに制御機器２８を搭載する場合には電源ライン１４の配置に配慮する必要がある。図５（Ｋ）の電源ライン１４は車両後方側の一辺に配置され、制御機器２８、マップランプ２４、ルームランプ２５とは車両後方側の電源ライン１４から分岐したラインによって接続される。

図５（Ｌ）は、２つの送受信機を車両前方と車両後方の２箇所に配置してルーフパネル１１の車両前方側の一辺と、車両後方側の一辺と、から分岐する信号ライン１３と各アンテナ素子を接続したものである。信号ライン１３は、車両進行方向左側に寄せて配置してある。このように配置すると、送受信機１２からのライン長が領域Ａ，Ｂと領域Ｃ，Ｄで等しくなり、短いライン長による接続が可能となる。

以上、上述したように、本実施形態に係る車両用ルーフアンテナを用いることにより、アンテナ素子、信号ライン及び電源ラインをリアウィンドウのガラス面よりも広い搭載スペースであるルーフパネル又はルーフライニングへ配置する際、配置場所の最適化をすることで複数波共用アンテナとすることが可能となる。また、突起物の廃止による空力特性の向上が可能となる。なお、本実施形態にて用いたルーフパネルは、耐熱性、耐衝撃性等の観点から、ポリカーボネート、ＡＢＳ樹等の樹脂を用いたが、これに限定せず、ポリエチレンテレフタレート、ＥＴＦＥ、アクリル樹脂等を用いても良い。しかしながら、ルーフパネルの材料において、ルーフパネル、ルーフライニング共にカーボンが含まれていないことが望ましい。カーボンを含む材料は一般的に耐衝撃性が向上するが、アンテナ性能が著しく悪化するためである。

１，２ 車両、１０，２０，３０，４０，５０ 車両用ルーフアンテナ、１１ ルーフパネル、１２ 送受信機、１３ 信号ライン、１４ 電源ライン、１５ ＧＰＳ用アンテナ素子、１６，１７ 電話用アンテナ素子、１８ バッテリ、１９ ＶＩＣＳ用アンテナ素子、２１，２２ ＦＭ用アンテナ素子、２３ ＡＭ用アンテナ素子、２４ マップランプ、２５ ルームランプ、２６ ラッゲージランプ、２７ ルーフライニング、２８ 制御機器、３１ Ａ領域、３２ Ｂ領域、３３ Ｃ領域、３４ Ｄ領域、４１ ルーフ枠体、４２ ルーフ補強材、４３ フロントウィンド補強材。

Claims (3)

1. 車両のルーフに設けられた樹脂製のルーフパネルと、
   前記ルーフパネルに配置された複数のアンテナ素子と、
   前記複数のアンテナ素子のそれぞれに接続され、前記ルーフパネルの一辺側に寄せて配設された信号ラインと、
   前記一辺に対向する反対辺側に寄せて配設され、電力を機器に供給する電力ラインと、
   を備え、
   前記複数のアンテナ素子は、
   第１アンテナ素子と、
   ダイバーシチアンテナを構成する第２アンテナ素子および第３アンテナ素子と、
   前記第１アンテナ素子が受信する電波の周波数よりも高い周波数の電波を受信する第４アンテナ素子と、を含み、
   前記第１アンテナ素子および第４アンテナ素子は、
   前記第１アンテナ素子、前記第２アンテナ素子、前記第４アンテナ素子および前記第３アンテナ素子の各位置を頂点とする四角形における１組の対角上に位置し、
   前記第２アンテナ素子および前記第３アンテナ素子は、
   前記四角形における他の１組の対角上に位置し、
   前記第１アンテナ素子および前記第２アンテナ素子は、
   前記反対辺側に前記反対辺に沿った方向に間隔を隔てて配置され、
   前記第３アンテナ素子および前記第４アンテナ素子は、
   前記一辺側に前記一辺に沿った方向に間隔を隔てて配置される、ことを特徴とする車両用ルーフアンテナ。
2. 請求項１に記載の車両用ルーフアンテナにおいて、
   各前記アンテナ素子は、前記ルーフパネルへの配置場所によりそれぞれ決まる信号ライン長と、各前記アンテナ素子の周波数特性により決まる信号ライン単位長さ当たりの単位減衰量と、の積である減衰量が許容値以下となるように配置場所を入れ替えて前記ルーフパネルに配置されたことを特徴とする車両用ルーフアンテナ。
3. 請求項１または請求項２に記載の車両用ルーフアンテナにおいて、
   前記第４アンテナ素子は、全方向の指向性を有し、前記車両のフロントガラスが立ち上がった直後の位置に配置されることを特徴とする車両用ルーフアンテナ。

Images