(57)【要約】【課題】複数の車種に対して、共通に用いることが可能な車載用アンテナを提供することを目的とする。【解決手段】アンテナ素子１６は、折り曲げ自在な導線で形成されている。第１固定長区間１８は、その一端がアンプ２８に接続され、ｙ軸負方向に長さＬ１だけ伸びている。第２固定長区間２０は、その一端が第１固定長区間１８の他端に接続され、ｘ軸負方向に長さＬ２だけ伸びている。調整区間２２は、その一端が第２固定長区間２０の他端に接続され、ｙ軸正方向に長さＬ３だけ伸びている。残余区間２４は、その一端が調整区間２２の他端に接続され、ｘ軸正方向に長さＬ４だけ伸びている。アンテナ素子１６の長さＬ１＋Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４、第１固定長区間１８の長さＬ１、および第２固定長区間２０の長さＬ２を一定とした上で、受信特性が良好となるよう調整区間２２の長さＬ３が決定されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両用付属部品に設けられる車載用アンテナにおいて、
受信波の波長に応じた一定の長さを有する折り曲げ自在な導線で形成されたアンテナ素子を備え、
前記アンテナ素子は、
一定の長さを有する固定長区間と、
一端が前記固定長区間の一端に接続され、前記固定長区間の長手方向と交わる方向に伸びる調整区間と、
前記調整区間の他端に一端が接続され、前記調整区間の長手方向と交わる方向であり、かつ、前記固定長区間に並ぶ方向に伸びる残余区間と、
を含み、
前記調整区間の長さを変化させることで、特性が調整可能であることを特徴とする車載用アンテナ。
【請求項２】
請求項１に記載の車載用アンテナにおいて、
前記車両用付属部品は、車幅方向を長手方向とするスポイラであり、
前記固定長区間は、車幅方向を長手方向とする、
ことを特徴とする車載用アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車載用アンテナに関し、特に、導線をアンテナ素子として用いるアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
車載用のアンテナとして、ポールアンテナが広く用いられている。ポールアンテナは棒状のアンテナであり、車両のボデーに立てて固定される。ポールアンテナは、車両から突出しているため、車両の美観を奏する部品の一つとなる。しかしながら、車両の外部にアンテナが現れないデザインを好むユーザもいる。
【０００３】
そこで、ポールアンテナの他、スポイラの内部にアンテナ素子が設けられたスポイラアンテナもまた広く用いられている。スポイラは、車両のボデーに取り付けられる付属部品であり、車両の周りの空気の流れを調整すると共に車両の美観を奏する。スポイラには、車両のリアウィンドウの上部に設けられる庇状のものや、車両の後部に設けられる翼状のものがある。一般に、スポイラは中空のプラスチック樹脂で形成され、アンテナ素子はスポイラの内部に設けられる。下記の特許文献１〜３には、車載用のスポイラアンテナが記載されている。
【０００４】
その他、車載用アンテナには、中空のプラスチック樹脂で形成されたバンパの内部にアンテナ素子が設けられたものや、車室のオーバーヘッドコンソールにアンテナ素子が設けられたものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１７７５５６号公報
【特許文献２】特開２００９−１７７４８４号公報
【特許文献３】特開２００８−２８３６０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した車載用のアンテナは、車両のボデーを接地導体としたモノポールアンテナ（不平衡アンテナ）である。このようなアンテナは、接地導体としてのボデーのサイズや形状の違いによって、指向特性、受信感度、受信端における反射係数等の受信特性が異なったものとなる。そのため、ボデー等の接地導体の形状が異なる複数の車種に対して、共通に用いることは困難であった。
【０００７】
本発明は、複数の車種に対して、共通に用いることが可能な車載用アンテナを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、車両用付属部品に設けられる車載用アンテナにおいて、受信波の波長に応じた一定の長さを有する折り曲げ自在な導線で形成されたアンテナ素子を備え、前記アンテナ素子は、一定の長さを有する固定長区間と、一端が前記固定長区間の一端に接続され、前記固定長区間の長手方向と交わる方向に伸びる調整区間と、前記調整区間の他端に一端が接続され、前記調整区間の長手方向と交わる方向であり、かつ、前記固定長区間に並ぶ方向に伸びる残余区間と、を含み、前記調整区間の長さを変化させることで、特性が調整可能であることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る車載用アンテナは、望ましくは、前記車両用付属部品は、車幅方向を長手方向とするスポイラであり、前記固定長区間は、車幅方向を長手方向とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、複数の車種に対して、共通に用いることが可能な車載用アンテナを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】スポイラが設けられた車両を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係るスポイラアンテナを示す図である。
【図３】固定爪を示す図である。
【図４】帯状のプラスチック部材を示す図である。
【図５】調整区間の長さを変化させる様子を概念的に示す図である。
【図６】インピーダンス軌跡を示す図である。
【図７】反射係数の周波数特性を示す図である。
【図８】受信感度の周波数特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１には車両１００が示されている。車両１００のリアウィンドウ１２の上部には、車幅方向を長手方向とした庇形状のスポイラ１０が設けられている。スポイラ１０は、プラスチック樹脂等で形成された中空の外装部品であり、車両１００の周りの空気の流れを調整すると共に車両１００の美観を奏する。スポイラ１０にはアンテナ素子が搭載され、スポイラアンテナが構成されている。
【００１３】
図２には、本発明の実施形態に係るスポイラアンテナ１４が示されている。ただし、この図にはスポイラ１０の上板が取り除かれ、スポイラ１０の底面が現れた状態が示されている。ｘ軸方向は車幅方向に対応し、ｘ軸正方向は車両の前方向に向かって右方向に対応する。ｙ軸正方向は車両の前方に対応し、ｚ軸正方向は鉛直上方向に対応する。スポイラアンテナ１４は、特性可変アンテナ１５およびサイドアンテナ３４を備える。特性可変アンテナ１５は、例えば、ＡＭラジオ、ＦＭラジオ等に用いられる。サイドアンテナ３４は、例えば、ＤＡＢ（ＤｉｇｉｔａｌＡｕｄｉｏ Ｂｒｏａｄｃａｓｔ）受信機、ディジタルテレビ受像機等に用いられる。
【００１４】
特性可変アンテナ１５の構成について説明する。特性可変アンテナ１５は、アンテナ素子１６およびアンプ２８を備える。アンテナ素子１６は、フレキシブルな導線、すなわち、折り曲げ自在な導線で形成されている。このような導線としては、１本の線状の金属で形成された導線、複数本の線状の金属を撚り合わせた導線がある。また、アンテナ素子１６を形成する導線は、絶縁体によって被覆されていてもよい。アンテナ素子１６の一端はアンプ２８に接続され、他端は開放されている。アンテナ素子１６は、第１固定長区間１８、第２固定長区間２０、調整区間２２、および残余区間２４を有する。第１固定長区間１８は、その一端がアンプ２８に接続され、ｙ軸負方向に長さＬ１だけ伸びている。第２固定長区間２０は、その一端が第１固定長区間１８の他端に接続され、ｘ軸負方向に長さＬ２だけ伸びている。調整区間２２は、その一端が第２固定長区間２０の他端に接続され、ｙ軸正方向に長さＬ３だけ伸びている。残余区間２４は、その一端が調整区間２２の他端に接続され、ｘ軸正方向に長さＬ４だけ伸びている。
【００１５】
すなわち、第１固定長区間１８は、車両の前後方向に伸びている。第２固定長区間２０は、第１固定長区間１８の長手方向に交わる方向に伸びている。調整区間２２は、第２固定長区間２０の長手方向に交わる方向であり、かつ、第１固定長区間１８と並ぶ方向に伸びている。残余区間２４は、調整区間２２の長手方向に交わる方向であり、かつ、第２固定長区間２０と並ぶ方向に伸びている。このように、第２固定長区間２０、調整区間２２および残余区間２４は、Ｊ字形状またはＵ字形状をなす。
【００１６】
アンテナ素子１６をこのような形状とすることで、スポイラ１０にはサイドアンテナ３４を配置するスペースが設けられる。すなわち、横方向（ｘ軸方向）に伸びる第２固定長区間２０に対し、調整区間２２を前側（ｙ軸正方向側）に折り曲げることで、アンテナ素子１６はスポイラ１６の左端には至らず、調整区間２２の左側（ｘ軸負方向側）には、サイドアンテナ３４を配置するスペースが設けられる。さらに、前後（ｙ軸方向）に伸びる調整区間２２に対し、残余区間２４を右側（ｘ軸正方向側）に折り曲げることで、アンテナ素子１６はスポイラ１６の前方辺には至らず、残余区間２４の前方には、後述のハーネス孔４２を設けるスペースが設けられる。
【００１７】
スポイラ１０には、固定爪２６−１〜２６−６が設けられている。図３には、固定爪２６の斜視図が示されている。アンテナ素子１６は、スポイラ１０の底板と固定爪２６との間に挟まれることでスポイラ１０に固定される。アンテナ素子１６の形状を決定しながらアンテナ素子１６をスポイラ１０に固定するため、スポイラ１０には複数の固定爪が設けられている。本実施形態においては、図２に示されるように、スポイラ１０には６個の固定爪２６−１〜２６−６が設けられている。このうち、固定爪２６−１は、第１固定長区間１８の向きおよび長さを定める。また、固定爪２６−１〜２６−４は、第２固定長区間２０の向きおよび長さを定める。そして、固定爪２６−４および２６−５は、調整区間２２の向きおよび長さを定め、固定爪２６−６は、残余区間２４の向きを定める。
【００１８】
アンテナ素子１６をスポイラ１０に固定する部材としては、固定爪２６の他、図４に示されるような帯状のプラスチック部材２７が用いられてもよい。この場合、帯状のプラスチック部材２７とスポイラ１０の底板との間にアンテナ素子１６を挟み、帯状のプラスチック部材２７をビス等でスポイラ１０に固定すればよい。また、スポイラ１０の底面に溝を設け、溝にアンテナ素子１６を嵌め込む構成が用いられてもよい。
【００１９】
アンプ２８の接地端子は、接地導体としてのボデーに接続されている。これによって、アンテナ素子１６は、ボデーを接地導体とする不平衡アンテナとして動作する。アンプ２８にはハーネス２９が接続されている。ハーネス２９は、アンテナ素子１６で受信されアンプ２８で増幅された信号を伝送する信号線、アンプ２８に電源電力を供給する電源線等の複数の導線が束ねられたものである。ハーネス２９はスポイラ１０の内部を通り、ハーネス孔４１を通ってスポイラ１０の外側に引き出されて車両内に至る。ハーネス２９に含まれる信号線は車両内の受信機に接続され、電源線は車両内の電源供給装置に接続されている。アンテナ素子１６で受信された受信信号は、アンプ２８で増幅された後、ハーネス２９に含まれる信号線によって受信機に伝送される。
【００２０】
サイドアンテナ３４の構成について説明する。サイドアンテナ３４は、スポイラ１０の側方に配置されている。図２に示される例では、サイドアンテナ３４は、特性可変アンテナ１５の左側（ｘ軸負方向側）に配置されている。サイドアンテナ３４は、２つのサイドアンテナ素子３６およびサイドアンプ３８を備える。２つのサイドアンテナ素子３６は、サイドアンプ３８に接続されており、平衡アンテナを構成する。サイドアンプ３８の接地端子は、接地導体としてのボデーに接続されている。サイドアンプ３８にはハーネス４０が接続されている。ハーネス４０は、サイドアンテナ素子３６で受信されサイドアンプ３８で増幅された信号を伝送する信号線、サイドアンプ３８に電源電力を供給する電源線等の複数の導線が束ねられたものである。ハーネス４０はスポイラ１０の内部を通り、ハーネス孔４２を通ってスポイラ１０の外側に引き出されて車両内に至る。ハーネス４０に含まれる信号線は車両内の受信機に接続され、電源線は車両内の電源供給装置に接続されている。サイドアンテナ素子３６で受信された受信信号は、サイドアンプ３８で増幅された後、ハーネス４０に含まれる信号線によって受信機に伝送される。ここでは、２つのサイドアンテナ素子３６によって平衡アンテナを構成する例を取り上げたが、１つのサイドアンテナ素子３６による不平衡アンテナを構成してもよい。
【００２１】
次に、特性可変アンテナ１５の受信特性について説明する。スポイラアンテナ１４の受信特性には、受信端における入力インピーダンス、反射係数、受信感度等がある。反射係数は、受信端でのインピーダンス整合状態に応じて定まる。入力インピーダンスは、受信端からアンテナ素子１６側を臨んだインピーダンスである。受信感度は、スポイラアンテナ１４で受信される信号のレベルに応じて定まる。受信特性は、第１固定長区間１８、第２固定長区間２０、調整区間２２、および残余区間２４のそれぞれの長さを変化させることで調整され得る。しかし、各区間の長さを不規則に調整させたのでは、受信特性がどのように変化するのかを把握し難い。
【００２２】
そこで、本実施形態に係るスポイラアンテナ１４では、アンテナ素子１６の長さＬ１＋Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４を受信信号の波長の４分の１の長さとする。そして、第１固定長区間１８の長さＬ１、および第２固定長区間２０の長さＬ２を一定とした上で、受信特性が良好となるよう調整区間２２の長さＬ３が決定されている。
【００２３】
なお、受信信号の周波数帯域の下限がｆＬであり、上限がｆＨである場合には、アンテナ素子１６の長さＬ１＋Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４は、下限周波数ｆＬ以上、上限周波数ｆＨ以下の範囲に含まれる１つの周波数に対応する波長の４分の１とする。例えば、アンテナ素子１６の長さＬ１＋Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４は、下限周波数ｆＬおよび上限周波数ｆＨの相加平均または相乗平均として求まる中心周波数に対応する波長の４分の１とする。
【００２４】
図５には、調整区間２２の長さを変化させる様子が概念的に示されている。第１固定長区間１８の一端は、受信端としてのアンプ２８の入力端子３０に接続されている。第２固定長区間２０の一端は第１固定長区間１８の他端に接続されている。調整区間２２の一端は、第２固定長区間２０の他端に接続されている。残余区間２４の一端は調整区間２２の他端に接続されている。アンプ２８の接地端子はボデー３３に接続されている。アンプ２８の出力端子３２は、受信機に至る信号線３１に接続されている。信号線３１に含まれる接地線は、ボデー３３に接続されている。
【００２５】
区間２５−１は、調整区間２２の長さＬ３をＬ３＝Ａ１とした場合の残余区間２４を示す。また、区間２５−２は、調整区間２２の長さＬ３をＬ３＝Ａ２とした場合の残余区間２４を示す。そして、区間２５−３は、調整区間２２の長さＬ３をＬ３＝Ａ３とした場合の残余区間２４を示す。ここで、Ａ１＞Ａ２＞Ａ３の関係がある。アンテナ素子１６の長さＬ１＋Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４、第１固定長区間１８の長さＬ１、および第２固定長区間２０の長さＬ２は一定であるため、調整区間２２の長さＬ３が短くなるにつれて、残余区間２４は第２固定長区間２０に近付き、ｘ軸方向に長くなる。また、調整区間２２の長さＬ３が短い程、アンテナ素子１６の電気長が短くなり、共振周波数が高くなる傾向がある。
【００２６】
アンテナ素子１６の共振周波数は、調整区間２２の長さＬ３に応じて変化する。受信すべき信号の周波数と、アンテナ素子１６の共振周波数とが同一値または近い値であるときに、受信特性が良好となることが多い。
【００２７】
図６には、調整区間２２の長さＬ３が異なる３つの場合について、受信端における入力インピーダンスの軌跡、すなわち、受信端からアンテナ素子１６側を臨んだインピーダンスの軌跡がスミスチャート上に示されている。インピーダンス軌跡４４−１、４４−２および４４−３は、それぞれ、Ｌ３が１０ｍｍである場合、７０ｍｍである場合、および１５０ｍｍである場合のインピーダンス軌跡である。各軌跡上の三角形印は、周波数７０ＭＨｚにおける入力インピーダンスを示す。また、各軌跡上の四角形印は、周波数１１０ＭＨｚにおける入力インピーダンスを示す。そして、各軌跡上の丸印は、共振周波数における入力インピーダンスを示す。ここで、共振周波数は、インピーダンスの虚数部が０になる周波数として定義される。Ｌ３が１０ｍｍである場合の共振周波数はｆ０＝９２ＭＨである。また、Ｌ３が７０ｍｍである場合の共振周波数はｆ０＝８４．５ＭＨｚである。そして、Ｌ３が１５０ｍｍである場合の共振周波数は、ｆ０＝８２ＭＨｚである。
【００２８】
図７には、調整区間２２の長さＬ３が異なる３つの場合について、反射係数を測定した結果が示されている。横軸は周波数を示し、縦軸は反射係数を示す。ここで、反射係数は受信端からアンテナ素子１６に入射した信号のレベルに対する、アンテナ素子１６から受信端に出力された反射信号のレベルの比である。反射係数が小さい程、受信端でのインピーダンス整合状態は良好であり、受信特性は良好であるといえる。
【００２９】
反射特性４６−１、４６−２および４６−３は、それぞれ、Ｌ３が１０ｍｍである場合、７０ｍｍである場合、および１５０ｍｍである場合の反射係数の周波数特性である。ただし、第１固定長区間１８の長さＬ１はＬ１＝１１０ｍｍ、第２固定長区間２０の長さＬ２はＬ２＝４５０ｍｍ、調整区間２２と残余区間２４とを合わせた長さＬ３＋Ｌ４は、Ｌ３＋Ｌ４＝２００ｍｍである。アンテナ素子１６の長さＬ１＋Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４＝７６０ｍｍは、周波数９８．７ＭＨｚの電波の波長の４分の１である。
【００３０】
図７に示されているように、反射特性４６−１、４６−２および４６−３が極小となる周波数は、それぞれ、ｆａ１、ｆａ２、およびｆａ３であり、これらには、ｆａ３＜ｆａ２＜ｆａ１の関係がある。すなわち、調整区間２２の長さＬ３が短い程、反射係数が極小となる周波数が高域周波数側に移動する。これは、調整区間２２の長さＬ３が短い程、アンテナ素子１６の共振周波数が高くなるためであると考えられる。
【００３１】
図８には、図６および図７の測定結果を得た場合と同一の条件の下で、受信感度を測定した結果が示されている。横軸は周波数を示し、縦軸は受信感度を示す。ここで、受信感度は、一定の強度の電波が到来しているという条件の下で、受信端から出力される受信信号のレベルによって表される。受信感度が大きい程、受信特性は良好であるといえる。
【００３２】
受信感度特性４８−１、４８−２および４８−３は、それぞれ、Ｌ３が１０ｍｍである場合、７０ｍｍである場合、および１５０ｍｍである場合の特性である。図８に示されているように、受信感度特性４８−１、４８−２および４８−３が極大となる周波数は、それぞれ、ｆｂ１、ｆｂ２、およびｆｂ３であり、これらには、ｆｂ３＜ｆｂ２＜ｆｂ１の関係がある。すなわち、調整区間２２の長さＬ３が短い程、受信感度が極大となる周波数が高域周波数側に移動する。これは、調整区間２２の長さＬ３が短い程、アンテナ素子１６の共振周波数が高くなるためであると考えられる。
【００３３】
図６〜図８から明らかなように、アンテナ素子１６の長さＬ１＋Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４、第１固定長区間１８の長さＬ１、および第２固定長区間２０の長さＬ２が一定であるという条件の下、調整区間２２の長さＬ３を変化させることで、受信特性が良好となる周波数を調整することができる。したがって、スポイラアンテナ１４の設計においては、図２における調整区間２２と残余区間２４の接続点の位置を変化させ、調整区間２２の長さを調整しながら、受信特性が良好となるときの調整区間２２の長さＬ３を決定すればよい。
【００３４】
また、調整区間２２の長さＬ３を変化させるため、図２に示される固定爪２６−５および２６−６の近傍に、固定爪、帯状プラスチック部材、その他の固定構造を異なる複数の位置に設けてもよい。すなわち、これらの複数の固定構造を選択して用いることにより、調整区間２２の長さＬ３を調整してもよい。
【００３５】
次に、ボデーの形状が異なる複数種の車両に同一のアンテナ素子１６を用いる場合について説明する。上述のように本実施形態に係るアンテナ素子１６は不平衡アンテナとして動作する。そのため、第１固定長区間１８、第２固定長区間２０、調整区間２２、および残余区間２４の各長さを一定とした場合には、接地導体としてのボデーのサイズや形状の違いによって、受信特性が異なったものとなってしまう。したがって、各区間の長さを一定としたまま、ボデーのサイズや形状が異なる複数種の車両に、アンテナ素子１６を共通に用いることは困難である。
【００３６】
そこで、本実施形態に係るスポイラアンテナ１４では、複数種の車両について、アンテナ素子１６の長さＬ１＋Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４を受信信号の波長の４分の１の長さで共通とする。また、複数種の車両について、第１固定長区間１８の長さＬ１および第２固定長区間２０の長さＬ２を共通とする。その上で、各車両について、受信特性が最適となるよう調整区間２２の長さＬ３を個別に決定する。
【００３７】
なお、受信信号の周波数がある幅を持った帯域内にある場合には、上述の一車種についての設計と同様に、アンテナ素子１６の長さＬ１＋Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４が決定される。すなわち、受信信号の周波数帯域の下限がｆＬであり、上限がｆＨである場合には、アンテナ素子１６の長さＬ１＋Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４は、下限周波数ｆＬ以上、上限周波数ｆＨ以下の範囲に含まれる１つの周波数に対応する波長の４分の１とする。例えば、アンテナ素子１６の長さＬ１＋Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４は、下限周波数ｆＬおよび上限周波数ｆＨの相加平均または相乗平均として求まる中心周波数に対応する波長の４分の１とする。
【００３８】
このように、フレキシブルなアンテナ素子１６を用いることにより、複数種の車両にアンテナ素子１６を共通に用いることができる。これによって、各車種についての設計コストおよび製造コストが低減される。
【００３９】
なお、上記では、第１固定長区間１８と第２固定長区間２０とがなす角度、第２固定長区間２０と調整区間２２とがなす角度、および、調整区間２２と残余区間２４とがなす角度が直角である実施形態について説明したが、これらの角度は、必ずしも直角でなくてもよい。また、各区間は、必ずしも直線状でなくてもよく、曲線を描いていてもよい。
【００４０】
また、アンテナ素子１６は、スポイラの他、バンパ、サイドミラー、窓ガラスの周囲、オーバーヘッドコンソール等の一般的な車両用付属部品に設けられていてもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１０  スポイラ、１２  リアウィンドウ、１４  スポイラアンテナ、１５  特性可変アンテナ、１６  アンテナ素子、１８  第１固定長区間、２０  第２固定長区間、２２  調整区間、２４  残余区間、２５−１〜２５−３  区間、２６，２６−１〜２６−６  固定爪、２７  帯状のプラスチック部材、２８  アンプ、２９，４０  ハーネス、３０  入力端子、３１  信号線、３２  出力端子、３３  ボデー、３４  サイドアンテナ、３６  サイドアンテナ素子、３８  サイドアンプ、４２  ハーネス孔、４４−１〜４４−３  インピーダンス軌跡、４６−１〜４６−３  反射特性、４８−１〜４８−３  受信感度特性、１００  車両。
【図１】
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【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】
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【図７】
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【図８】
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