(57)【要約】【課題】アンテナエレメントの小型化及び通信距離の長距離化が可能な車両用アンテナを提供する。【解決手段】車両用アンテナ１１は、電波の送信又は受信に係る給電又は受電が行われる線状又は帯状の第１アンテナエレメント１１ａと、第１アンテナエレメント１１ａに接続された線状又は帯状の第２アンテナエレメント１１ｂと、第１及び第２アンテナエレメント１１ｂを収容する収容体１５とを備える。少なくとも第２アンテナエレメント１１ｂは収容体１５に接触しており、収容体１５は、第１アンテナエレメント１１ａ及び第２アンテナエレメント１１ｂの接続部と、接続部から最遠の第２アンテナエレメント１１ｂの先端部とに亘るエレメント部分の内、先端部側の部分に接触している高誘電率の第１誘電体１７ａと、接続部側の部分に接触している低誘電率の第２誘電体１７ｂとを有する。【選択図】図３
2018061175.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電波の送信又は受信に係る給電又は受電が行われる線状又は帯状の第１アンテナエレメントと、第１アンテナエレメントに接続された線状又は帯状の第２アンテナエレメントと、第１及び第２アンテナエレメントを収容する収容体とを備えた車両用アンテナであって、
少なくとも第２アンテナエレメントは前記収容体に接触しており、
前記収容体は、
第１アンテナエレメント及び第２アンテナエレメントの接続部と、該接続部から最遠の第２アンテナエレメントの先端部とに亘るエレメント部分の内、前記先端部側の部分に接触している高誘電率の第１誘電体と、前記接続部側の部分に接触している低誘電率の第２誘電体とを有する
車両用アンテナ。
【請求項２】
前記第２アンテナエレメントは第１及び第２誘電体に埋没している
請求項１に記載の車両用アンテナ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の車両用アンテナと、
外部の送信機から送信された信号を前記車両用アンテナにて受信する受信部と
を備える車載機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用アンテナ及び車載機に関する。
【背景技術】
【０００２】
メカニカルキーを用いずに車両ドアの施錠及び解錠を行う車両用通信システムが実用化されている。具体的には、使用者が所持する携帯機を用いた無線遠隔操作により車両ドアの施錠又は解錠を行うキーレスエントリシステム、携帯機を所持した使用者が車両に近づき、又はドアハンドルを握るだけで車両ドアの解錠を行うスマートエントリ（登録商標）システム等が実用化されている。
また、メカニカルキーを用いずに車両のエンジン始動を行う車両用通信システムも実用化されている。具体的には、携帯機を所持した使用者がエンジンスタートスイッチを押すだけでエンジンの始動を行うスマートスタート（登録商標）システムが実用化されている。
【０００３】
以上の車両用通信システムは、携帯機から無線送信される信号を受信する車載機を備え、車載機には携帯機から送信された信号を受信するための車両用アンテナ及び受信回路が設けられている。また、近年、各種ＥＣＵが有する機能が統合され、当該車載機の基板には、所狭しと各種回路及び車両用アンテナが搭載される状況にある。車両用アンテナは、所要の利得を得るために一定の長さを有する必要があるが、基板上に十分な長さのアンテナパターンを形成することが困難である。
【０００４】
この問題を解決する技術として、特許文献１には、基板に一端部が接続された車両用アンテナを車載機の収容体の蓋に埋没させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−６０３７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一方、車両用アンテナの小型化に相反する要求として、車両用アンテナに係る通信距離の更なる長距離化が求められている。また、その他の用途の車両用アンテナも同様の課題を有する。本願発明者等は、かかる問題を解決すべく鋭意検討した結果、車両用アンテナを構成する線状又は帯状のエレメントの先端部分を高誘電率の誘電体に接触させ、非先端部分を低誘電率の誘電体に接触させることによって、車両用アンテナの利得が向上するという知見を得た。
本発明の目的は、アンテナエレメントの小型化及び通信距離の長距離化が可能な車両用アンテナ及び車載機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本態様に係る車両用アンテナは、電波の送信又は受信に係る給電又は受電が行われる線状又は帯状の第１アンテナエレメントと、第１アンテナエレメントに接続された線状又は帯状の第２アンテナエレメントと、第１及び第２アンテナエレメントを収容する収容体とを備えた車両用アンテナであって、少なくとも第２アンテナエレメントは前記収容体に接触しており、前記収容体は、第１アンテナエレメント及び第２アンテナエレメントの接続部と、該接続部から最遠の第２アンテナエレメントの先端部とに亘るエレメント部分の内、前記先端部側の部分に接触している高誘電率の第１誘電体と、前記接続部側の部分に接触している低誘電率の第２誘電体とを有する。
【０００８】
本態様に係る車載機は、前記車両用アンテナと、外部の送信機から送信された信号を前記車両用アンテナにて受信する受信部とを備える。
【０００９】
なお、本願は、このような特徴的な構成を備える車両用アンテナとして実現することができるだけでなく、かかる特徴的な構成を可能にする車両アンテナ製造方法として実現したり、かかる車両アンテナ製造方法をコンピュータに実行させるためのプログラムとして実現したりすることができる。また、車両用アンテナ及び車載機の一部又は全部を実現する半導体集積回路として実現したり、車両用アンテナ及び車載機を含むその他のシステムとして実現したりすることができる。
【発明の効果】
【００１０】
上記によれば、アンテナエレメントの小型化及び通信距離の長距離化が可能な車両用アンテナ及び車載機を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る車両用通信システムを示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る車載機の一構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態に係る車両用アンテナ及び車載機の一構成例を示す側断面図である。
【図４】第１誘電体及び第２アンテナエレメントの接触長と、車両用アンテナの利得との関係を示すグラフである。
【図５】変形例に係る車両用アンテナ及び車載機の一構成例を示す側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［本発明の実施形態の説明］
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。また、以下に記載する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。
【００１３】
（１）本態様に係る車両用アンテナは、電波の送信又は受信に係る給電又は受電が行われる線状又は帯状の第１アンテナエレメントと、第１アンテナエレメントに接続された線状又は帯状の第２アンテナエレメントと、第１及び第２アンテナエレメントを収容する収容体とを備えた車両用アンテナであって、少なくとも第２アンテナエレメントは前記収容体に接触しており、前記収容体は、第１アンテナエレメント及び第２アンテナエレメントの接続部と、該接続部から最遠の第２アンテナエレメントの先端部とに亘るエレメント部分の内、前記先端部側の部分に接触している高誘電率の第１誘電体と、前記接続部側の部分に接触している低誘電率の第２誘電体とを有する。
【００１４】
本願にあっては、第２アンテナエレメントに高誘電率の第１誘電体を接触させることによる波長短縮効果によって、車両用アンテナを小型化することができる。また、第２アンテナエレメントの先端部側の部分に高誘電率の第１誘電体を接触させ、第１及び第２アンテナエレメントの接続部側の部分に低誘電率の第２誘電体を接触させることによって、車両用アンテナの利得を向上させることができ、車両用アンテナを用いた通信距離の長距離化が可能になる。
【００１５】
（２）前記第２アンテナエレメントは第１及び第２誘電体に埋没している構成が好ましい。
【００１６】
本願にあっては、第２アンテナエレメントは、第１及び第２誘電体に埋没しているため、車両用アンテナの耐振動性をより向上させることができる。
【００１７】
（３）本態様に係る車載機は、態様（１）又は態様（２）の車両用アンテナと、外部の送信機から送信された信号を前記車両用アンテナにて受信する受信部とを備える。
【００１８】
本願にあっては、態様（１）と同様、アンテナエレメントの小型化及び通信距離の長距離化が可能である。
【００１９】
［本発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態に係る車両用アンテナ及び車載機の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００２０】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態に係る車両用通信システムを示す模式図である。本実施形態に係る車両用通信システムは、車両Ｃの複数箇所に設けられたＬＦ送信アンテナ２及び本実施形態に係る車両用アンテナ１１を用いて各種信号を送受信する車載機１と、該車載機１との間で該信号を送受信する携帯機３とを備える。複数のＬＦ送信アンテナ２は、例えば、運転席側のピラー、助手席側のピラー、車内の前後部に配されている。
【００２１】
図２は、本発明の実施形態に係る車載機１の一構成例を示すブロック図である。車載機１は、携帯機３との間で無線通信を行うことにより、携帯機３の位置を検出し、検出された携帯機３の位置に応じて車両ドアの施解錠制御を行うキーレスエントリの機能を有する。具体的には、車載機１は、自機の各構成部の動作を制御する制御部１２を備える。制御部１２は、例えば一又は複数のＣＰＵ（Central Processing Unit）、マルチコアＣＰＵ等を有するマイコンである。制御部１２には、送信部１３及び受信部１４が設けられている。
【００２２】
送信部１３は複数のＬＦ送信アンテナ２に接続されており、制御部１２の制御に従って、携帯機３の位置を検出するための位置検出用信号を、ＬＦ（Low Frequency）帯の電波を用いて送信する。例えば、制御部１２は、車両ドアのリクエストスイッチが操作されたことを示す信号が入力された場合、送信部１３にて位置検出用信号を送信する。位置検出用信号の搬送波としては３０ｋＨｚ〜３００ｋＨｚのＬＦ帯を使用するが、この周波数帯に限定するものでは無い。各ＬＦ送信アンテナ２から送信される信号の強度は、携帯機３が２つ以上のＬＦ送信アンテナ２からの信号を受信できるように設定されている。
【００２３】
携帯機３は、複数の各ＬＦ送信アンテナ２から送信された位置検出用信号等を受信し、各位置検出用信号の受信信号強度を検出する。そして、携帯機３は、検出して得られた各位置検出用信号の受信信号強度を含む応答信号を、ＵＨＦ（Ultra High Frequency）帯の電波を用いて車載機１へ送信する。搬送波としては３００ＭＨｚ〜３ＧＨｚのＵＨＦ帯を使用するが、この周波数帯に限定するものでは無い。
【００２４】
受信部１４は車両用アンテナ１１に接続されており、携帯機３からＵＨＦ帯の電波を用いて送信された各種応答信号を受信し、制御部１２へ出力する。
【００２５】
制御部１２は、応答信号に含まれる受信信号強度に基づいて携帯機３の位置を特定する。各ＬＦ送信アンテナ２から送信される位置検出用信号の受信信号強度は、各ＬＦ送信アンテナ２と、携帯機３との距離に対応する情報であるため、受信信号強度を利用することによって、車両Ｃに対する携帯機３の位置を特定することが可能である。制御部１２は、携帯機３が所定領域内にある場合、例えばリクエストスイッチ近傍に位置している場合、車両ドアの施解錠を指示する施解錠信号を図示しないドア施錠装置へ出力する。ドア施錠装置は、各ドアの施錠及び解錠を行う施錠機構と、該施錠機構を駆動するアクチュエータとを備え、施解錠信号に従って、車両ドアの施解錠を行う。
【００２６】
図３は、本発明の実施形態に係る車両用アンテナ１１及び車載機１の一構成例を示す側断面図である。車載機１は、グランド層を有する樹脂製又はセラミックス製の基板１０を備え、基板１０上には受信部１４及び車両用アンテナ１１が配されている。車両用アンテナ１１が配された基板１０は収容体１５に収容されている。
【００２７】
車両用アンテナ１１は、例えば逆Ｌ型のモノポールアンテナであり、電波の受信に係る受電が行われる線状の第１アンテナエレメント１１ａと、当該第１アンテナエレメント１１ａに接続された線状の第２アンテナエレメント１１ｂとを有する。第１及び第２アンテナエレメント１１ａ、１１ｂは、例えば、銅、真鍮等の導電性金属、合金等からなる線状のアンテナ部材の折り曲げ加工によって形成される。本実施形態に係る第１及び第２アンテナエレメント１１ａ、１１ｂは円形断面を有する線状であるが、その断面形状は特に限定されるものでは無く、角柱状であっても良いし、帯状であっても良い。
第１アンテナエレメント１１ａの一端部には、第１アンテナエレメント１１ａを基板１０に接続するための雄端子１１ｅが形成されている。基板１０には、雄端子１１ｅが挿入され、電気的に接続される雌端子１８が設けられおり、雌端子１８は導線１９を介して受信部１４に接続されている。第１アンテナエレメント１１ａは、雄端子１１ｅが雌端子１８に挿入されると、基板１０に対して第１アンテナエレメント１１ａが略垂直になる姿勢で基板１０に接続され、第１アンテナエレメント１１ａは導線１９を介して受信部１４に接続されている。
第１アンテナエレメント１１ａの他端部は、第２アンテナエレメント１１ｂの一端部に対して電気的に接続されている。第２アンテナエレメント１１ｂは基板１０に対して略平行である。以下、第１アンテナエレメント１１ａの他端部と、第２アンテナエレメント１１ｂの一端部とが電気的に接続される部位を接続部１１ｃと呼び、第２アンテナエレメント１１ｂの端部の内、接続部１１ｃから最遠の端部を先端部１１ｄと呼ぶ。
【００２８】
収容体１５は、中空略直方体形状をなし、基板１０が配される底板部１６と、該底板部１６を覆う蓋部１７とを備える。蓋部１７は、矩形状の天板部分と、天板部の周囲に形成された側壁部分とを有する。天板部分の一部は、高誘電率の第１誘電体１７ａによって形成され、天板部分の他部及び側壁部分は、低誘電率の第２誘電体１７ｂによって形成されている。第２アンテナエレメント１１ｂの先端部側部分は、第１誘電体１７ａに接触し、埋没している。第２アンテナエレメント１１ｂの接続部１１ｃ側部分は第２誘電体１７ｂに接触し、埋没している。第１誘電体１７ａ及び第２誘電体１７ｂを有する蓋部１７は、２色射出成形によって成形することができる。
【００２９】
第２アンテナエレメント１１ｂの長手方向における第２誘電体１７ｂとの接触長は、接続部１１ｃと、先端部１１ｄとの距離の２分の１以下である構成が好ましい。また、後述するように第２アンテナエレメント１１ｂの第２誘電体１７ｂとの接触長は、接続部１１ｃと、先端部１１ｄとの距離の２０％以上３６％以下である構成が好ましい。より好ましくは、当該接触長は、接続部１１ｃと、先端部１１ｄとの距離の約２７％以上３６％以下である構成が好ましい。更に好ましくは、接触長は、接続部１１ｃと、先端部１１ｄとの距離の約２７％である構成が好ましい。
【００３０】
第１誘電体１７ａは、合成樹脂とセラミックス粉末とを含有する誘電性複合材料であり、その比誘電率は５以上が好ましい（例えば、国際公開番号ＷＯ２０１０／０２７０７４号）。第２誘電体１７ｂは、例えば空気である。
第１誘電体１７ａを構成する合成樹脂としては、エポキシ樹脂、熱硬化性ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることができるが、射出成形等の溶融成形加工が可能である点で、熱可塑性樹脂を用いることが好ましい。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン（低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン、超低密度ポリエチレン）、ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂；ポリスチレン、シンジオタクチックポリスチレン、変性ポリスチレン等のポリスチレン樹脂；ポリフェニレンオキシド樹脂；ポリフェニレンスルフィド樹脂等が好ましい。これらの他、熱可塑性樹脂としては、液晶ポリマー、ＡＢＳ樹脂、熱可塑性ポリエステル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂、メチルペンテン樹脂、環状オレフィン樹脂、ポリカーボネート樹脂、熱溶融性フッ素樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂等が挙げられる。これらの合成樹脂は、それぞれ単独で、あるいは２種以上を組み合わせて用いることができる。
セラミックス粉末は、酸化チタン又はチタン酸塩からなる粉末である。チタン酸塩としては、例えば、チタン酸カルシウム、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸鉛、チタン酸カルシウムマグネシウム、チタン酸ネオジウム等、高誘電性を示すものが好ましい。これらのセラミックス粉末の中でも、酸化チタン粉末、チタン酸カルシウム粉末、及びチタン酸ストロンチウム粉末が好ましく、合成が容易で、比重が小さく、かつ、高い比誘電率と低い誘電正接を示す誘電性複合材料が得られ易い点で、チタン酸カルシウム粉末が特に好ましい。
【００３１】
図４は、第１誘電体１７ａ及び第２アンテナエレメント１１ｂの接触長と、車両用アンテナ１１の利得との関係を示すグラフである。横軸は、第１誘電体１７ａと、第２アンテナエレメント１１ｂとの接触長を示し、左側縦軸は、基板１０に対する垂直面内における電波の受信に係る利得を示し、右側縦軸は、基板１０に対する水平面内における電波の受信に係る利得を示している。
図４のグラフに示すプロットは、以下の実験条件で得られたものであり、菱形のプロットは、垂直面内における利得を示し、矩形のプロットは水平面内における利得を示している。実験で用いられた第１アンテナエレメント１１ａは、長さ１８ｍｍ、直径２ｍｍの棒状のエレメントであり、第２アンテナエレメント１１ｂは、長さ９０ｍｍ、直径２ｍｍの棒状のエレメントである。第１誘電体１７ａの比誘電率は２８、誘電正接は０．００２の部材である。第１誘電体１７ａは、平板略直方体形状をなし、厚みは５ｍｍ、基板１０に垂直な方向の長さは１７ｍｍである。そして、このように構成された車両用アンテナ１１を用いて、３１５ＭＨｚの電波を受信したときの利得を測定し、図４にプロットした。
【００３２】
図４に示すグラフから分かるように、第１誘電体１７ａ及び第２アンテナエレメント１１ｂの接触部位は、第２アンテナエレメント１１ｂの長手方向全体に亘るよりも、第２アンテナエレメント１１ｂの長手方向における５０％以下の領域で接触した方が、利得が高いことが分かる。
また、第１誘電体１７ａ及び第２アンテナエレメント１１ｂの接触部位の長さは、もちろん短ければ短い程良いということは無く、基板１０に対する垂直面内の利得については、接触長が第２アンテナエレメント１１ｂの全長の２０％以上に設定すると、高い利得が得られることが分かる。同様に、接触長を第２アンテナエレメント１１ｂの全長の２７％以上３６％以下に設定すると、垂直面内における利得、水平面内における利得の双方が高くなることが分かる。更に、接触長を第２アンテナエレメント１１ｂの全長の略２７％に設定すると、基板１０に対する垂直面内における利得、水平面内における利得の双方が最大になることがわかる。
【００３３】
このように構成された車両用アンテナ１１及び車載機１によれば、第２アンテナエレメント１１ｂに高誘電率の第１誘電体１７ａを接触させることによる波長短縮効果によって、車両用アンテナ１１を小型化することができる。なお、本実施形態では、第２アンテナエレメント１１ｂの一部に第１誘電体１７ａを接触させる構成であるが、車両用アンテナ１１を大型化せずとも、車両用アンテナ１１の利得を保持できることが確認された。なお、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）の筐体内部に収容される車両用アンテナ１１の場合、寸法的な制限があるが、車両用アンテナ１１の小型化によって、寸法要求を満たすことができる。また、車両の天井外側に設置されるアンテナの場合、空気抵抗、車高制限等の問題から、寸法的な制限があるが、車両用アンテナ１１の小型化によって、寸法要求を満たすことができる。
また、第２アンテナエレメント１１ｂの先端部側部分に高誘電率の第１誘電体１７ａを接触させ、接続部側部分に低誘電率の第２誘電体１７ｂを接触させることによって、車両用アンテナ１１の利得を向上させることができ、車両用アンテナ１１を用いた通信距離の長距離化が可能になる。
【００３４】
また、第２アンテナエレメント１１ｂを、蓋部１７の第１誘電体１７ａ及び第２誘電体１７ｂに埋没させることによって、車両用アンテナ１１の耐振動性をより向上させることができる。
【００３５】
更に、低誘電率の第２誘電体１７ｂを低誘電率の樹脂で構成することによって、車両用アンテナ１１及び車載機１の軽量化及びコストの低減が可能である。
【００３６】
更にまた、第１誘電体１７ａを、合成樹脂とセラミックス粉末とを含有する誘電性複合材料で構成することによって、射出成形等を用いて容易に高誘電率で、かつ破損しにくい第２誘電体１７ｂを製造することができる。従って、車両用アンテナ１１及び車載機１に係る製造コストの低減が可能である。
【００３７】
なお、上記実施形態では、車両用アンテナ１１の適用例として、携帯機３の位置を検出する車載機１を説明したが、一例であり、車両Ｃの各タイヤに設けられたタイヤ空気圧センサから送信される空気圧信号を受信し、各タイヤの空気圧を監視する車両用通信システム（ＴＰＭＳ：Tire Pressure Monitoring System）用、テレマティクス用、高度道路交通システム（ITS：Intelligent Transport Systems）用、リモートエンジンスタート（RES：Remote Engine Starter）システム用等、その他の任意の車載通信機に本発明を適用することができる。
【００３８】
また、車両用アンテナ１１は、受信専用又は送信専用のアンテナであっても良いし、送受信用のアンテナであっても良い。なお、車両用アンテナ１１を送信用のアンテナとして利用する場合、第１アンテナエレメント１１ａは、電波の送信に係る給電が行われるアンテナエレメントとして機能する。
【００３９】
更に、上記実施形態では、逆Ｌ型アンテナを例に説明したが、逆Ｆ型アンテナ、逆Ｕ字型アンテナ等、線状又は帯状のアンテナエレメントを有する車両用アンテナ１１であれば、その形状は特に限定されない。
【００４０】
更にまた、収容体１５における第１アンテナエレメント１１ａの埋没箇所、第２誘電体１７ｂの形成箇所は特に限定されるものでは無く、種々の変形が可能である。例えば、第２アンテナエレメント１１ｂの先端部側部分が蓋部１７の側壁部に達するように第２アンテナエレメント１１ｂを蓋部１７に埋没させ、当該側壁部を第２誘電体１７ｂで形成しても良い。
【００４１】
更にまた、図３に示した車両用アンテナ１１及び誘電体の構成及び接触態様は一例であり、種々の変形が可能である。
【００４２】
図５は、変形例に係る車両用アンテナ１１及び車載機１０１の一構成例を示す側断面図である。第１の変形例に係る車両用アンテナ１１は、収容体１５の蓋部１７に埋没しておらず、第２アンテナエレメント１１ｂの先端部側部分は、蓋部１７の第１誘電体１７ａに接触し、第２アンテナエレメント１１ｂの他部は第２誘電体１７ｂに接触している。このように、第２アンテナエレメント１１ｂを第１誘電体１７ａ及び第２誘電体１７ｂに接触させることによって、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００４３】
１，１０１  車載機
２  ＬＦ送信アンテナ
３  携帯機
１０  基板
１１  車両用アンテナ
１１ａ  第１アンテナエレメント
１１ｂ  第２アンテナエレメント
１１ｃ  接続部
１１ｄ  先端部
１１ｅ  雄端子
１２  制御部
１３  送信部
１４  受信部
１５  収容体
１６  底板部
１７  蓋部
１７ａ  第１誘電体
１７ｂ  第２誘電体
１８  雌端子
１９  導線
Ｃ  車両
【図１】
2018061175.tif 000003
【図２】
2018061175.tif 000004
【図３】
2018061175.tif 000005
【図４】
2018061175.tif 000006
【図５】
2018061175.tif 000007