(57)【要約】【課題】アンテナ装置の受信特性がケースとアンテナ素子との距離によって変動することを防止又は抑止できるようにする。【解決手段】車両用アンテナ装置１０は、導体板２０と、該導体板２０の上に保持され、中空の空間を有する誘電体からなる蓋状のケース３０と、該ケース３０の内部に収容されたアンテナ素子４０とを有している。アンテナ素子４０は、ケース３０の内側面から動作周波数における自由空間波長の１０００分の１以上離して配置されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両用アンテナ装置であって、
導体板と、
前記導体板の上に保持され、中空の空間を有する誘電体からなる蓋状のケースと、
前記ケースの内部に収容されたアンテナ素子とを備え、
前記アンテナ素子は、前記ケースの内側面から動作周波数における自由空間波長の１０００分の１以上離して配置されている、車両用アンテナ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用アンテナ装置において、
前記アンテナ素子は、前記ケースの内側面から動作周波数における自由空間波長の１０００分の５以上離して配置されている、車両用アンテナ装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の車両用アンテナ装置において、
前記ケースの厚さｄは、該ケースの構成材料の比誘電率をεｒとし、動作周波数における自由空間波長をλ０として、
ｄ≦λ０／（２５０√εｒ）
である、車両用アンテナ装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両用アンテナ装置において、
前記アンテナ素子は、前記導体板と対向して屈曲する少なくとも１つの屈曲部を有する単一の放射素子からなるマイクロストリップ線路であり、
前記アンテナ素子の一端は前記導体板に接地され、且つ前記アンテナ素子の一端側は給電点と接続され、
前記アンテナ素子の一端を除く部位は、前記ケースの上面の内側に保持されている、車両用アンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用アンテナ装置に関し、例えば、キーレスエントリー用のアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、乗用車等の車両には、車両のキーを鍵穴に差すことなく、電波信号により施錠及び解錠を行うキーレスエントリーシステムが備えられるようになってきている。
【０００３】
車両のキーレスエントリーシステムに用いられるアンテナ装置は、アンテナ素子が大きいほど通信性能に優れ、遠距離からでも誤作動することなく車両のドアのロック／アンロックを行うことが可能となる。
【０００４】
一方、車両の、例えばＤピラー（ワゴン型乗用車の場合、最後部の窓柱）の内部で、車体とボディとの間の極めて狭い空間にアンテナ装置を配置し、さらに、車両のデザインの自由度を確保しようとすると、該アンテナ装置を小型化し、且つその受信特性が所定のレベル以上となるように設計する必要がある。
【０００５】
ところで、車両に設けられるキーレスエントリー用の受信アンテナには、樹脂からなる中空のケースにアンテナ素子が収容されたモノポール型のアンテナ構造が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−３１１６０７号公報
【特許文献２】特開２０１５−１４９６２０号公報
【特許文献３】特開２００３−１８８６３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のモノポール型のアンテナ構造を小型化しようとすると、上記の中空のケースとアンテナ素子との距離をなるべく近接させる必要がある。
【０００８】
本願発明者らは、種々検討の結果、樹脂からなる中空のケースの内面とアンテナ素子との距離によって、電波信号の受信特性が変化してしまい、キーレスエントリーシステムが正常に作動しなくなるという問題があることを突き止めた。
【０００９】
本発明は、前記従来の問題を解決し、アンテナ装置の受信特性がケースとアンテナ素子との距離によって変動することを防止又は抑止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の問題を解決するため、本発明は、アンテナ素子とカバーとの距離を所定の値に設定して、受信特性の広帯域化を図る構成とする。
【００１１】
具体的に、本発明は、キーレスエントリーシステムにおける車両用アンテナ装置を対象とし、次のような解決手段を講じた。
【００１２】
すなわち、第１の発明は、車両用アンテナ装置であって、導体板と、該導体板の上に保持され、中空の空間を有する誘電体からなる蓋状のケースと、該ケースの内部に収容されたアンテナ素子とを備え、アンテナ素子は、ケースの内側面から動作周波数における自由空間波長の１０００分の１以上離して配置されるものである。
【００１３】
これによれば、例えば、アンテナの動作周波数を３００ＭＨｚ帯とすると、アンテナ素子とケースとの距離は約１ｍｍ以上となる。この場合、後述するシミュレーション結果に示すように、動作周波数が安定する領域が存在して、アンテナの受信特性がケースの影響を受けにくくなる。その結果、本発明のアンテナ装置における受信特性は、ケースとアンテナ素子との距離によって変動することを防止又は抑止することができる。
【００１４】
第２の発明は、上記第１の発明において、アンテナ素子は、ケースの内側面から動作周波数における自由空間波長の１０００分の５以上離して配置されてもよい。
【００１５】
これによれば、アンテナの動作周波数が３１５ＭＨ帯の場合には、アンテナ素子とケースとの距離は約５ｍｍ以上となり、後述するシミュレーション結果に示すように、両者の距離が５ｍｍを超えると、ケースの構成材料の比誘電率εｒが±２．５％変化した場合でも、２ｄＢ以上のリターンロスを確保することができる。
【００１６】
第３の発明は、上記第１又は第２の発明において、ケースの厚さｄは、該ケースの構成材料の比誘電率をεｒとし、動作周波数における自由空間波長をλ０として、ｄ≦λ０／（２５０√εｒ）であってもよい。
【００１７】
これによれば、アンテナの動作周波数が３１５ＭＨ帯の場合には、ｄ≦約２（ｍｍ）となり、後述するシミュレーション結果に示すように、リターンロスが許容範囲に収まる。
【００１８】
第４の発明は、上記第１又は第２の発明において、アンテナ素子は、導体板と対向して屈曲する少なくとも１つの屈曲部を有する単一の放射素子からなるマイクロストリップ線路であり、アンテナ素子の一端は導体板に接地され、且つアンテナ素子の一端側は給電点と接続され、アンテナ素子の一端を除く部位は、ケースの上面の内側に保持されていてもよい。
【００１９】
これによれば、マイクロストリップ線路型のアンテナを実現することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、例えば、キーレスエントリーシステムにおけるアンテナの受信特性がケースとアンテナ素子との距離によって変動することを防止又は抑止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は本発明の一実施形態に係る車両用アンテナ装置を示す透視斜視図である。
【図２】図２は本発明の一実施形態に係る車両用アンテナ装置を搭載した車両を示す模式的な斜視図である。
【図３】図３は本発明の一実施形態に係る車両用アンテナ装置を示す透視平面図である。
【図４】図４は本発明の一実施形態に係る車両用アンテナ装置における周波数（左縦軸）及びリターンロスの最大値（右縦軸）のエレメントとケースとの間隔依存性を、ケースの構成材料の比誘電率εｒを±２．５％変動させた場合のリターンロス（右縦軸）と併せて表したグラフである。
【図５】図５は本発明の一実施形態に係る車両用アンテナ装置における周波数（左縦軸）及び平均利得の最大値（右縦軸）のエレメントとケースとの間隔依存性を、ケースの構成材料の比誘電率εｒを±２．５％変動させた場合の平均利得（右縦軸）と併せて表したグラフである。
【図６】図６は本発明の一実施形態に係る車両用アンテナ装置におけるケースの構成材料の比誘電率εｒを−５．０％から＋５．０％まで、２．５％ずつ変化させた場合のリターンロスの周波数特性を表すグラフである。
【図７】図７は本発明の一実施形態に係る車両用アンテナ装置におけるケースの構成材料の比誘電率εｒを−５．０％から＋５．０％まで、２．５％ずつ変化させた場合の平均利得の周波数特性を表すグラフである。
【図８】図８は図３のVIII−VIII線における部分断面図である。
【図９】図９は本発明の一実施形態に係る車両用アンテナ装置における周波数（左縦軸）及びリターンロスの最大値（右縦軸）のケースの厚さ依存性を、ケースの構成材料の比誘電率εｒを±２．５％変動させた場合のリターンロス（右縦軸）と併せて表したグラフである。
【図１０】図１０は本発明の一実施形態に係る車両用アンテナ装置における周波数（左縦軸）及び平均利得の最大値（右縦軸）のケースの厚さ依存性を、ケースの構成材料の比誘電率εｒを±２．５％変動させた場合の平均利得（右縦軸）と併せて表したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
（一実施形態）
本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２３】
図１は本発明の一実施形態に係る車両用アンテナ装置の構成をそのアンテナ素子部分を透視して表している。
【００２４】
図１に示すように、本実施形態に係るアンテナ装置１０は、接地電位が印加される導体板２０と、該導体板２０を中空に覆う誘電体、例えば樹脂からなる蓋状のケース３０と、該ケース３０の内部に収容されたアンテナ素子（以下、エレメントと呼ぶ。）４０とから構成されている。
【００２５】
導体板２０は、金属、例えば銅からなるグランドプレーンである。導体板２０には、接地点２０ａと、該接地点２０ａから例えば４ｍｍのポート位置に配置され、導体板２０と絶縁された給電点２０ｂとが設けられている。導体板２０は、プリント基板のように、その裏面が樹脂等の絶縁性材料に覆われていてもよく、また、その側面はケース３０に覆われていてもよい。また、導体板２０には、アンテナ装置１０の受信回路（図示せず）、並びに外部回路及び電源等と接続されるコネクタ（図示せず）が設けられていてもよい。また、導体板２０は、例えば樹脂又は金属等からなるブラケット５０の上に保持されていてもよく、ブラケット５０が金属からなる場合には、該ブラケット５０と導体板２０とは電気的に絶縁されている必要がある。なお、導体板２０は、必ずしも平面状でなくてもよく、緩い曲面、すなわち曲率半径が相対的に大きい曲面状であってもよい。
【００２６】
ケース３０は、強度、弾性率及び耐衝撃性に優れるエンジニアリングプラスチックである、例えば、ポリアセタール（ポリオキシメチレン：ＰＯＭ）等を用いることができる。
【００２７】
エレメント４０は、例えば銅等の金属（箔）からなり、一端が導体板２０の接地点２０ａと電気的に接続され且つ導体板２０からほぼ垂直に延びる短絡部４０ａと、該短絡部４０ａにおけるケース３０の上面の内側との当接点から屈曲して延伸し、且つ該ケース３０の上面の内側に保持され且つ複数の屈曲部を有する水平部４０ｂとから構成される。水平部４０ｂにおける一端側の部位と、上述した給電点２０ｂとは、導体板２０を絶縁されて貫通する給電線４２によって電気的に接続されている。ここで、エレメント４０の水平部４０ｂは、モノポール型であって、ケース３０の上面内でほぼ直角に屈曲しながら渦巻き状に形成されて導体板２０と対向する、いわゆる逆Ｆスパイラルアンテナであり、導体板２０を接地電位とするマイクロストリップ線路を構成している。
【００２８】
エレメント４０の形成方法は、一例として、プリント基板の配線と同様の方法（例えば、フォトリソグラフィ及びエッチングによる）で形成することができ、この場合のエレメント４０の厚さは例えば３０μｍから４０μｍ程度である。他の例として、放電ワイヤ加工法を用いれば、さらに厚い、例えば厚さが３００μｍ以上のエレメント４０を得ることができる。放電ワイヤ加工法を用いる場合には、作製されたエレメント４０をケース３０内の上面の内側に固着する。
【００２９】
本実施形態に係るアンテナ装置１０は  例えば、自動車等の車両１のドアの開閉制御及びエンジンの始動制御等に用いられ、キーレスエントリー送信機と共にキーレスエントリーシステムを構成する。具体的には、図２に示すように、本実施形態に係るアンテナ装置１０は、例えば、車体右側のＣピラー（通常の乗用車の場合、前部から３番目の窓柱）の内部等に配設される。
【００３０】
キーレスエントリー送信機２は、使用者の操作を受け付けるスイッチ６（例えば、ドアをロックするロックスイッチ、ドアをアンロックするアンロックスイッチ等）と、所定の周波数帯域の無線信号を送信するための送信回路と、該送信回路を制御する制御装置とを備えている。
【００３１】
使用者がスイッチ６を操作すると、その操作に応じた信号がスイッチ６から制御装置に入力される。制御装置はスイッチ６から入力された信号に基づいて送信回路を制御し、使用者の操作に応じた無線信号を送信回路から送信する。なお、アンテナ装置１０は、車両１のＣピラーに限られず、インストルメントパネルの内部に設けてもよい。また、当該アンテナ装置１０は、車両用に限られず、住宅の玄関ドア、さらには住宅の電力用又はガス用のスマートメータ等に用いることもできる。
【００３２】
＜エレメントとケースとの間隔ｓに関する検証＞
次に、本実施形態に係るエレメント４０とケース（内側面）３０との間隔ｓを所定値に設定することにより、広帯域化が可能となることを検証する。
【００３３】
図３は本実施形態に係るエレメント４０とケース３０との間隔ｓを検証する際に用いたアンテナ装置１０の透視平面図である。
【００３４】
図３に示すように、エレメント４０は、動作周波数を３１５ＭＨｚとすると、その自由空間波長λ０が約９５２．４ｍｍであることから、当該エレメント４０の全長をλ０／４に相当する約２３８ｍｍとした。また、エレメント４０の厚さは、例えば、３００μｍとし、ライン幅は２ｍｍで、スペース幅は４ｍｍとしている。
【００３５】
図４は、周波数（左縦軸）及びリターンロス（反射損失）の最大値（右縦軸）におけるエレメント４０とケース３０との間隔（ｓ）依存性のシミュレーション結果を、ケース３０を構成するポリアセタールの比誘電率εｒを±２．５％変動させた場合のリターンロス（右縦軸）と併せて表している。また、図５は、周波数（左縦軸）及び平均利得の最大値（右縦軸）におけるエレメント４０とケース３０との間隔（ｓ）依存性のシミュレーション結果を、ケース３０を構成するポリアセタールの比誘電率εｒを±２．５％変動させた場合の平均利得（右縦軸）と併せて表している。図４及び図５においては、グラフａが比誘電率εｒを＋２．５％変化させた場合であり、グラフｂが比誘電率εｒを−２．５％変化させた場合である。また、図４において、破線で示したグラフは周波数を表し、実線で示した上方に位置するグラフは、ケース３０の比誘電率が一定の場合（εｒ＝３．７）のリターンロスの最大値を表している。
【００３６】
図４から分かるように、リターンロスの最大値に関しては、全域でほぼ安定している。また、動作周波数に関しては、エレメント４０とケース３０との間隔ｓが１０ｍｍを超える辺りから安定する。さらに、リターンロスに着目すると、間隔ｓが５ｍｍを超える辺りから、ケース３０の比誘電率εｒが±２．５％変化した場合でも、２ｄＢ以上のリターンロスを確保できていることが分かる。
【００３７】
すなわち、図４における比誘電率が変化していない場合のリターンロスの最大値によると、エレメント４０とケース３０との間隔が１ｍｍ以上確保されていれば、安定したリターンロスを得ることができる。また、比誘電率が±２．５％で変化したとしても、比誘電率が−２．５％分変化した場合でも、２ｄＢ以上のリターンロスを得ることができる。このため、比誘電率が変化したとしても、通信性能を確保することができる。
【００３８】
また、図５からは、平均利得の最大値に関しても全域でほぼ安定している。また、動作周波数に関しても、エレメント４０とケース３０との間隔ｓが１０ｍｍを超える辺りから安定することが分かる。
【００３９】
図６には、ケース３０の構成材料であるポリアセタールの比誘電率εｒを−５．０％から＋５．０％まで、２．５％刻みで変化させた場合のリターンロスの周波数特性のシミュレーション結果を表している。また、図７には、同じくポリアセタールの比誘電率εｒを−５．０％から＋５．０％まで、２．５％刻みで変化させた場合の平均利得の周波数特性のシミュレーション結果を表している。ここで、ポリアセタールの比誘電率εｒは、例えば、３．７としている。
【００４０】
図６及び図７において、比誘電率εｒが−２．５％ずれたグラフｍ４及び＋２．５％ずれたグラフｍ５は共に、ケース３０の製造プロセスで発生し得る±２．５％の比誘電率εｒの誤差による変動に対応しており、図６及び図７からは、本実施形態に係るアンテナ装置１０が、そのリターンロス特性及び利得に鑑み、十分に実用に供し得るものと判断することができる。
【００４１】
＜ケースの厚さｄに関する検証＞
次に、本実施形態に係るケース３０の厚さｄを所定値に設定することにより、広帯域化が可能となることを検証する。
【００４２】
図８は図３のVIII−VIII線における部分断面図、すなわち、導体板２０の給電点２０ｂを通る部分断面図を表している。図８に示すように、給電点２０ｂと接続された給電線４２は、その中心部に配置された給電部４２ａと、該給電部４２ａを絶縁状態で取り囲む接地部４２ｂとから構成されている。ここでは、ケース３０の厚さｄを該ケース３０の上面の厚さとしている。また、アンテナ装置１０は、図１及び図３に示すアンテナ装置を用いた。エレメント４０とケース３０との間隔ｓの値は５ｍｍ以上、例えば５ｍｍとした。
【００４３】
図９は、周波数（左縦軸）及びリターンロスの最大値（右縦軸）におけるケース３０の厚さ（ｄ）依存性のシミュレーション結果を、ケース３０を構成するポリアセタールの比誘電率εｒを±２．５％変動させた場合のリターンロス（右縦軸）と併せて表している。また、図１０は、周波数（左縦軸）及び平均利得の最大値（右縦軸）におけるケース３０の厚さ（ｄ）依存性のシミュレーション結果を、ケース３０を構成するポリアセタールの比誘電率εｒを±２．５％変動させた場合の平均利得（右縦軸）と併せて表している。図９及び図１０においては、グラフａが比誘電率εｒを＋２．５％変化させた場合であり、グラフｂが比誘電率εｒを−２．５％変化させた場合である。
【００４４】
まず、図１０から分かるように、ケース３０の厚さｄを大きくすると、誘電体損失の影響により利得が低下する。
【００４５】
また、図９から分かるように、ケース３０を構成するポリアセタールの比誘電率εｒを±２．５％変動させた場合は、ケース３０の厚さｄが２ｍｍを下回ると、アンテナ装置１０におけるリターンロスの最大値が２ｄＢ〜３ｄＢと、許容範囲に収まる。
【００４６】
本願発明者らは、ケース３０の厚さｄは、該ケース３０の構成材料の比誘電率をεｒとし、動作周波数における自由空間波長をλ０とした場合に、以下の式（１）を満たせば、当該アンテナ装置１０の広帯域化を図れるという知見を得ている。
【００４７】
ｄ≦λ０／（２５０√εｒ）  …（１）
例えば、前述のように、動作周波数が３１５ＭＨｚの場合は、波長λ０が約９５２．４ｍｍであり、比誘電率εｒを３．７とすると、ほぼｄ≦１．９９ｍｍとなる。
【００４８】
−効果−
以上の説明のように、上述した＜エレメントとケースとの間隔ｓに関する検証＞からは、次のことが明らかとなる。すなわち、アンテナ装置１０の動作周波数を、例えば３１５ＭＨｚとすると、その波長（自由空間波長）λ０は約９５２．４ｍｍであり、その１０００分の１以上とは、約０．９５２ｍｍ以上である。従って、上述のように、エレメント４０とケース３０との間隔がほぼ１ｍｍ以上確保されていれば、リターンロス特性を安定化することができる。このことは、エレメント４０とケース３０との間隔の最小値を規定しながら、リターンロス特性の安定化を可能とすることを意味する。
【００４９】
一方、上述した＜ケースの厚さｄに関する検証＞からは、上記の式（１）から、動作周波数が３１５ＭＨｚの場合は、波長λ０が約９５２．４ｍｍであり、ケース３０の構成材料の比誘電率εｒを３．７とすると、ケースの厚さは、ほぼｄ≦１．９９ｍｍとなる。従って、このことは、ケース３０の厚さの最大値を規定しながら、アンテナ装置１０の広帯域化を可能とすることを意味する。
【００５０】
従って、本実施形態からは、エレメント４０とケース３０との間隔ｓの最小値、及びケース３０の厚さの最大値の少なくとも一方から、アンテナ装置１０における小型化と受信特性確保との両立を図ることができる。
【００５１】
以上説明した実施形態は、本質的に例示に過ぎず、本発明の範囲を逸脱しない限り、種々の変更が可能である。典型的には、例えば、アンテナ装置１０における動作周波数、並びに導体板２０、ケース３０及びエレメント４０の各構成材料等である。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明に係る車両用アンテナ装置は、受信特性の広帯域化が可能なアンテナ装置として有用である。
【符号の説明】
【００５３】
１０    アンテナ装置
２０    導体板
２０ａ  接地点
２０ｂ  給電点
３０    ケース
４０    エレメント（アンテナ素子）
４０ａ  短絡部
４０ｂ  水平部
５０    ブラケット
【図１】
2018011261.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2018011261.tif 000008
【図７】
2018011261.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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