(57)【要約】【課題】アンテナエレメントの共振周波数帯域を変更できるようにすることで、１つのアンテナエレメントで多数の通信メディアに対応することができ、これにより自動車の後部窓ガラス等に好適に設置することができるアンテナ装置の提供。【解決手段】電波を送受信するためのアンテナ装置であって、アンテナエレメントと、上記アンテナエレメントの近傍に配置された誘電体と、上記誘電体の比誘電率を変化させるための比誘電率制御部とを備えた、アンテナ装置である。【選択図】図２
2008294822.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電波を送受信するためのアンテナ装置であって、
アンテナエレメントと、
前記アンテナエレメントの近傍に配置された誘電体と、
前記誘電体の比誘電率を変化させるための比誘電率制御部とを備えた、アンテナ装置。
【請求項２】
前記比誘電率制御部により前記比誘電率を変化させることで、前記アンテナエレメントの共振周波数を調節することを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記比誘電率制御部は、前記誘電体に電界または磁界をかけることにより前記誘電体の比誘電率を変化させることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記比誘電率制御部は、前記誘電体を挟むように配置された少なくとも１対の電極と、当該電極に電圧を印加する電源とを含み、
前記電極に印加する電圧を変化させることにより、前記誘電体の比誘電率を変化させることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記比誘電率制御部は、前記誘電体に電界または磁界をかけることにより前記誘電体の比誘電率を変化させ、
前記アンテナ装置は、
前記アンテナエレメントの共振周波数と、当該共振周波数に対応する前記電界または磁界を前記誘電体にかけるための制御電圧とを相互に関連付けたマップを記憶する記憶装置と、
前記共振周波数を所望の値に設定するために、当該所望の共振周波数に対応する前記制御電圧を前記記憶装置から読み出し、当該読み出した制御電圧を前記比誘電率制御部に設定する共振周波数設定部とを備えることを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
自動車等の車両の窓ガラスに設けられることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記誘電体および前記アンテナエレメントは、前記窓ガラスと密着して設けられることを特徴とする請求項６に記載のアンテナ装置。
【請求項８】
前記窓ガラスは合わせガラスであり、
前記誘電体は、前記合わせガラスを構成する２枚のガラスの間に設けられることを特徴とする請求項６に記載のアンテナ装置。
【請求項９】
前記誘電体は、前記窓ガラスの車内側の面に設けられることを特徴とする請求項６に記載のアンテナ装置。
【請求項１０】
前記誘電体は、液晶であることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアンテナ装置に関し、より詳しくは、アンテナエレメントの共振周波数を変化させることにより、１つのアンテナ装置で多くの種類の通信メディアに対応することができるアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車に搭載される無線システムの種類が多くなってきている。自動車に搭載される各無線システムは、通常、後部ガラスに設けられたアンテナ装置を介して電波の送受信を行う。アンテナ装置を後部ガラスに設ける理由は、運転者の前方視野確保のためである。後部ガラスにはデフォッガパターンが設けられている。ＡＭ波以外の電波（例えば、ＦＭ波、アナログＴＶ波）は、このデフォッガパターンが設けられた領域外の狭い領域に設けられる。
【０００３】
今後は、この狭い領域に、新たなメディア用電波（例えば、デジタルＴＶ波、デジタルラジオ波）を送受信するためのアンテナが更に設けられることが予想される。しかしながら、アンテナの数が増えると、その配置スペースを確保することが難しくなる。
【０００４】
以下、自動車の窓ガラスに設けられる従来のアンテナ装置の一例を挙げる。
特許文献１に記載のアンテナ装置は、窓ガラスの車内側の面に沿って設けられたアンテナエレメントと、このアンテナエレメントと窓ガラスの間に設けられた誘電体とを備えている。アンテナエレメントは電波を送受信するための導体である。誘電体の比誘電率をε1、空気の比誘電率をε0とすると、ε1＞ε0である。
【０００５】
誘電体中を電波が通過するとき、電波の波長短縮が生じる。よって、特許文献１に記載の如く窓ガラスとアンテナエレメントの間に誘電体を設けた場合は、誘電体を設けない場合に比べてアンテナエレメントを短く設定し、小型化することができる。
【特許文献１】特開２００５−３３４７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１記載のアンテナ装置には、以下のような課題があった。
すなわち、このアンテナ装置は、窓ガラス付近に設置された後、その比誘電率を変更しない。従って、このアンテナ装置は、窓ガラス付近に設置した後、送受信する電波の周波数帯域を変更することができず、通信メディア毎に個別に設ける必要がある。そうすると、通信メディア数が増大した場合、このアンテナ装置の配置スペースを後部窓ガラスに確保することは難しくなる。
【０００７】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたもので、アンテナエレメントの共振周波数帯域を変更できるようにすることで、１つのアンテナエレメントで多数の通信メディアに対応することができ、これにより自動車の後部窓ガラス等に好適に設置することができるアンテナ装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るアンテナ装置は、
電波を送受信するためのアンテナ装置であって、
アンテナエレメントと、
上記アンテナエレメントの近傍に配置された誘電体と、
上記誘電体の比誘電率を変化させるための比誘電率制御部とを備えている。
【０００９】
本発明によれば、アンテナエレメントの近傍に誘電体を配置し、この誘電体の比誘電率を比誘電率制御部で変化させる。誘電体の比誘電率を変化させると、その変化に応じてアンテナエレメントの共振周波数を変化させることができる。具体的には、誘電体の比誘電率を大きくするにつれてアンテナエレメントの共振周波数を小さくすることができ、逆に、誘電体の比誘電率を小さくするにつれてアンテナエレメントの共振周波数を大きくすることができる。従って、本発明によれば、アンテナが送受信する電波の周波数帯域を変化させることができる。
【００１０】
本発明においては、上記比誘電率制御部により上記比誘電率を変化させることで、上記アンテナエレメントの共振周波数を調節することが好ましい。
【００１１】
この構成によれば、アンテナエレメントの共振周波数を調節するので、１つのアンテナエレメントで多数の通信メディアに対応することができる。
【００１２】
本発明においては、
上記比誘電率制御部は、上記誘電体に電界または磁界をかけることにより上記誘電体の比誘電率を変化させることが好ましい。
【００１３】
この構成によれば、簡素な構成で誘電体の比誘電率を変化させることができる。
【００１４】
上記比誘電率制御部は、上記誘電体を挟むように配置された少なくとも１対の電極と、当該電極に電圧を印加する電源とを含み、
上記電極に印加する電圧を変化させることにより、上記誘電体の比誘電率を変化させることが好ましい。
【００１５】
この構成によれば、簡素な構成で誘電体の比誘電率を変化させることができる。
【００１６】
本発明においては、
上記比誘電率制御部は、上記誘電体に電界または磁界をかけることにより上記誘電体の比誘電率を変化させ、
上記アンテナ装置は、
上記アンテナエレメントの共振周波数と、当該共振周波数に対応する上記電界または磁界を上記誘電体にかけるための制御電圧とを相互に関連付けたマップを記憶する記憶装置と、
上記共振周波数を所望の値に設定するために、当該所望の共振周波数に対応する上記制御電圧を上記記憶装置から読み出し、当該読み出した制御電圧を上記比誘電率制御部に設定する共振周波数設定部とを備えることが好ましい。
【００１７】
この構成によれば、上記アンテナエレメントの共振周波数と、当該共振周波数に対応する上記電界または磁界を上記誘電体にかけるための制御電圧とを相互に関連付けたマップが記憶装置に記憶されている。従って、ユーザから通信メディアの種類やチャンネルの選択がなされたときに、比誘電率制御部は、そのマップに基づき、適切な強度の電界または磁界を誘電体にかけることができる。
【００１８】
本発明においては、
自動車等の車両の窓ガラスに設けられることが好ましい。
【００１９】
この構成によれば、メディア数が増大した場合であっても、全てのメディアに対応するアンテナ装置を自動車等の車両の窓ガラス（例えば、後部窓ガラス）に確実に配置することができる。
【００２０】
本発明においては、
上記誘電体および上記アンテナエレメントは、上記窓ガラスと密着して設けられることが好ましい。
【００２１】
この構成によれば、アンテナエレメントと誘電体の距離がゼロまたはガラスの厚み分となる。よって、誘電体の比誘電率を変化させたときに、その変化に応じてアンテナエレメントの共振周波数を充分に変化させることができる。
【００２２】
本発明においては、
上記窓ガラスは合わせガラスであり、
上記誘電体は、上記合わせガラスを構成する２枚のガラスの間に設けられることが好ましい。
【００２３】
この構成によれば、２枚のガラスの間に誘電体が設けられる。よって、誘電体がガラスから脱落し或いは変形してアンテナ装置の性能が低下するのを防止することができる。また、工場において誘電体が合わせガラス内に設けられるので、ユーザが自動車購入後にガラスに誘電体を貼り付ける場合に比べて、誘電体を電波送受信効率の良い位置に精度良く設けることができる。
【００２４】
本発明においては、
上記誘電体は、上記窓ガラスの車内側の面に設けられることが好ましい。
【００２５】
この構成によれば、誘電体が風雨に晒されて劣化するのを防止することができる。
【００２６】
本発明においては、
上記誘電体は、液晶であることが好ましい。
【００２７】
この構成によれば、液晶分子の比誘電率異方性に基づき、誘電体の比誘電率を正確に制御することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、アンテナエレメントの長さおよび形状を変更することなく、アンテナエレメントの共振周波数帯域を変更することができる。よって、１つのアンテナエレメントで多数の通信メディアに対応することができ、これにより自動車の後部窓ガラス等に好適に設置することができるアンテナ装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図１は、第１実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す正面図である。図２は、図１に示されるアンテナ装置のＡ−Ａ線断面図である。
【００３０】
以下の説明では、第１実施形態に係るアンテナ装置を自動車の後部窓ガラスに設ける場合（いわゆるガラスアンテナ）を例にとって説明する。図示例では、窓ガラス５は２枚のガラス６，７からなる合わせガラスとされている。
第１実施形態に係るアンテナ装置１は、アンテナエレメント２と、誘電体３と、比誘電率制御部４と、記憶装置９と、共振周波数設定部１１と、入力部２１とを備えている。
【００３１】
アンテナ装置１は、アンテナエレメント２の長さを変えることなく共振周波数を変更することができ、これにより多くの通信メディアに対応できるものである。
【００３２】
アンテナエレメント２は、電波の送受信をするための導体であり、送受信する電波の周波数に応じたパターンを有する。図示例では、アンテナエレメント２は、外側のガラス７の外面（車外側の面）に設けられているが、内側のガラス６の内面（車内側の面）に設けてもよい。アンテナエレメント２は、例えば、窓ガラス５の表面に直接パターニングして設けることができる。アンテナエレメント２の長さは、例えば、共振周波数変更可能領域の中心周波数に対応する波長の１／４に設定することができる。このような長さとした場合、アンテナエレメント２はモノポールアンテナとなる。
【００３３】
誘電体３は、アンテナエレメント２の近傍に配置される。誘電体３の種類は特に限定されるものではないが、例えば、液晶を採用することができる。液晶は比誘電率異方性（液晶分子の短軸方向と長軸方向の比誘電率が異なること）を有しているため、液晶分子に電界をかけてその配向が変化すると、その変化に応じて液晶全体の比誘電率が変化する。本実施形態では、液晶のこの性質を利用することができる。
【００３４】
液晶には、例えば、Ｎp液晶（ポジ型液晶）とＮn液晶（ネガ型液晶）とがある。液晶分子の短軸方向の比誘電率をε１、長軸方向の比誘電率をε２とすると、Ｎp液晶は、ε１＜ε２なる性質を有する。一方、Ｎn液晶は、ε１＞ε２なる性質を有する。本実施形態においては、いずれの液晶を用いてもよい。
【００３５】
比誘電率制御部４は、誘電体３の比誘電率を変化させるものである。比誘電率制御部４は、誘電体３に電界または磁界をかけることにより誘電体３の比誘電率を変化させる。
比誘電率制御部４が誘電体３に電界をかけるものである場合、例えば、以下の構成とすることができる。図１，２に示される例では、比誘電率制御部４は、誘電体３を挟むように配置された少なくとも１対の電極８,８と、電極８，８に電圧を印加する電源２２と、電源２２と電極８，８を接続する導線２３とを含む。比誘電率制御部４は、電極８,８間に印加する電圧を変化させることにより、誘電体３の比誘電率を変化させる。
【００３６】
図３は、電極８,８間に印加する電圧と、誘電体３の比誘電率との関係を示すグラフである。図３に実線で示すように、電圧が増加するにつれて比誘電率が次第に減少する誘電体と、破線で示すように、電圧が増加するにつれて比誘電率が次第に増加する誘電体とがある。本実施形態では、いずれの誘電体を用いてもよい。
【００３７】
電極８,８は、例えば図１，２に示されるように、誘電体３の互いに反対側に位置する端面に設けることができる。このような配置とすることにより、電極８,８は、誘電体３に対し、誘電体３の主面に平行な向きの電界をかけることができる。誘電体３を液晶とした場合、電極８，８間に電圧を印加することで、誘電体３を構成する液晶分子の配向が電圧値に応じて変化する。その変化の一例を図４，５，６に示す。
【００３８】
図４，５，６は、誘電体３が液晶である場合に、誘電体３にかける電圧を次第に変化させた場合の液晶分子配向の変化を示す図である。
図４に示されるように電極８，８間にかける電圧をＶ１（例えば０Ｖ）としたとき、全ての液晶分子が長軸を図面上下方向に向けているとする。次に、図５に示されるように電極８，８間にかける電圧を上げてＶ２にすると、全ての液晶分子が長軸を図面斜め方向に向ける。次に、図６に示されるように電極８，８間にかける電圧を更に上げてＶ３にすると、全ての液晶分子が図面左右方向に長軸を向ける。
【００３９】
このように、電極８，８間にかける電圧を変化させることで、液晶分子の配向を変化させる。液晶分子の配向が変化すると、誘電体３（液晶全体）の比誘電率も変化する。誘電体３の比誘電率が変化すると、アンテナエレメント２の共振周波数を変化させることができる。
【００４０】
図７は、誘電体３の比誘電率と、アンテナエレメント２の共振周波数との関係を示すグラフである。図７に示されるように、誘電体３の比誘電率が増加すると、アンテナエレメント２の共振周波数が次第に減少する。
【００４１】
記憶装置９は、マップ１０（図８参照）を記憶するものである。
【００４２】
図８は、記憶装置９に記憶されているマップ１０の一例を示す図である。
図８に示されるように、マップ１０は、アンテナエレメント２の共振周波数ｆRESの値と、共振周波数ｆRESを制御するために電極８，８に印加すべき電圧値等（以下、必要に応じて制御電圧Ｖと称する）とを相互に関連付けて記述したものである。
【００４３】
制御電圧Ｖは、共振周波数ｆRESの値に応じて変化し、また、比誘電率制御部４が誘電体３に電界をかけるのか或いは磁界をかけるのかによって相違する。比誘電率制御部４が誘電体３に電界をかける場合には、制御電圧Ｖは、図１，２に示される電極８，８に印加すべき電圧である（図８参照）。一方、比誘電率制御部４が誘電体３に磁界をかける場合には、制御電圧Ｖは、誘電体３の近傍に配置された電磁石のコイル（図示せず）に印加すべき電圧である。
【００４４】
なお、マップ１０は、共振周波数ｆRESおよび制御電圧Ｖの他に、図８に示されるように、当該共振周波数ｆRESおよび制御電圧Ｖに対応する指定チャネル、制御ビット、比誘電率等を記述したものであってもよい。
【００４５】
入力部２１は、ユーザ（運転者）が通信メディアの種類やチャンネルを選択するための指示を入力するものである。入力部２１の具体的な構成は特に限定されるものではないが、例えばタッチパネル式の入力部を採用することができる。
【００４６】
共振周波数設定部１１は、共振周波数ｆRESを、ユーザが選択した通信メディアの種類やチャンネルに対応する値（所望共振周波数ｆRES）に設定するために、所望共振周波数ｆRESに対応する制御電圧Ｖを記憶装置９から読み出し、読み出した制御電圧Ｖを比誘電率制御部４に設定する。
【００４７】
記憶装置９および共振周波数設定部１１を設けることにより、ユーザから通信メディアの種類やチャンネルの選択がなされたときに、比誘電率制御部４は、マップ１０に基づき、誘電体３に適切な強度の電界または磁界をかけることができる。
【００４８】
次に、第１実施形態に係るアンテナ装置１の動作について、図１、２、８を参照しつつ説明する。
まず、ユーザが入力部２１を通じて、受信したい通信メディアの種類とそのメディアにおける所望のチャネルを選択する。例えば、アナログＴＶ放送の受信を選択し、さらに第２チャンネルを選択する。すると、共振周波数設定部１１は、記憶装置９に記憶されているマップ１０から、アナログＴＶ放送の第２チャンネルに対応する共振周波数ｆRESおよび電極８，８に印加すべき電圧値を読み出す。
【００４９】
次いで、共振周波数設定部１１は、読み出した値の電圧を比誘電率制御部４に設定する。この設定により、電極８，８にはアナログＴＶ放送の第２チャンネルに対応する電圧が印加される。電極８，８にこのような電圧を印加することで、当該チャネルに対応する電界が誘電体３にかかる。誘電体３に電界がかかると、誘電体３の比誘電率が変化し、アンテナエレメント２の共振周波数ｆRESが、ユーザが選択したチャネルの周波数に変化する。これにより、アンテナ装置１は、ユーザが所望する通信メディアの所望のチャネルの電波を受信することができる。
【００５０】
ユーザが通信メディア或いはチャネルを変更したい場合は、通信メディアおよびチャネルを入力部２１を通じて新たに選択する。例えば、デジタルラジオのＡ局を選択する。すると、上記と同様、共振周波数設定部１１は、記憶装置９に記憶されているマップ１０から、デジタルラジオのＡ局に対応する共振周波数ｆRESおよび電極８，８に印加すべき電圧を読み出す。以下、上記と同様の順序で、誘電体３の比誘電率が変化し、アンテナエレメント２の共振周波数ｆRESは、ユーザが選択した局の周波数に変化する。これにより、アンテナ装置１は、ユーザの指示に応じて、通信メディアおよびチャネルの受信周波数を変更することができる。
【００５１】
以上説明したように、第１実施形態に係るアンテナ装置１によれば、アンテナエレメント２の共振周波数帯域を変更することができる。これにより、１つのアンテナエレメント２で多数の通信メディアに対応することができる。よって、アンテナ装置１は、自動車の後部窓ガラス５等に好適に設置することができる。
また、共振周波数を変更することにより、アンテナ利得を低下させずに済むので、種々の通信メディアや種々のチャネルの電波を受信する際に、受信状態が常に良好である。
なお、電波受信の場合と同様、アンテナ装置１は、アンテナエレメント２の共振周波数ｆRESを変化させて電波の送信周波数を変更することもできる。よって、アンテナ装置１は携帯電話機等における電波送信にも有効である。
【００５２】
また、第１実施形態によれば、アンテナエレメントの長さを変えることなく共振周波数を変えることができる。よって、アンテナエレメントのインピーダンスを実質的に変えることなく、共振周波数を変えることができる。従って、同軸ケーブルや送受信機とのインピーダンス整合を行うための回路を設けることなく、或いは、簡単な整合回路を設けるだけで、インピーダンス整合を行うことができる。
【００５３】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図９は、第２実施形態に係るアンテナ装置の一例を示す断面図である。図１０は、第２実施形態に係るアンテナ装置の他の例を示す断面図である。なお、第１実施形態と同様の構成については、第１実施形態と同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【００５４】
上記第１実施形態に係るアンテナ装置１においては、誘電体３を合わせガラス内に設けていたが、第２実施形態に係るアンテナ装置１４では、図９に示されるように、誘電体１２および比誘電率制御部１６の電極１７，１７を窓ガラス１３の車内側の面に設ける点が第１実施形態と異なる。図９に示す例では、アンテナ装置１４を合わせガラスではない単ガラスに設けているが、合わせガラスに設けることもできる。合わせガラスに設ける場合には、アンテナ装置１４を例えば車内側ガラスの車内側の面に設けることができる。
【００５５】
第２実施形態において、アンテナエレメント１５は、窓ガラス１３の車内側、車外側のいずれの面に設けてもよい。図９に示される例では、アンテナエレメント１５を窓ガラス１３の車内側に設けている。アンテナエレメント１５を窓ガラス１３の車内側の面に設ける場合、図示例の如く、アンテナエレメント１５は窓ガラス１３と誘電体１２の間に設けることが、アンテナ利得の関係上、好ましい。図１０に示される例では、アンテナエレメント１８を窓ガラス１３の車外側の面に設けている。
第２実施形態においても、第１実施形態と同様、入力部２１、記憶装置９、共振周波数設定部１１を設けることができる。
【００５６】
第２実施形態に係るアンテナ装置１４、１９は、第１実施形態と同様、アンテナエレメント１５、１８の共振周波数ｆRESを変更することができる。これにより、１つのアンテナエレメント１５、１８で多数の通信メディアに対応することができる。よって、アンテナ装置１４、１９は、自動車の後部窓ガラス１３等に好適に設置することができる。
【００５７】
なお、第１実施形態、第２実施形態において、誘電体３、１２は液晶に限定されない。例えば、誘電体として、磁界をかけることで比誘電率が変化する磁性体（例えば磁性流体）を採用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明に係るアンテナ装置は、自動車等のガラスアンテナ装置等として好適に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】第１実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図
【図２】図１に示されるアンテナ装置のＡ−Ａ線断面図
【図３】電極間に印加する電圧と、誘電体の比誘電率との関係を示すグラフ
【図４】誘電体が液晶である場合に、誘電体にかける電圧を次第に変化させた場合の液晶分子配向の変化を示す図
【図５】誘電体が液晶である場合に、誘電体にかける電圧を次第に変化させた場合の液晶分子配向の変化を示す図
【図６】誘電体が液晶である場合に、誘電体にかける電圧を次第に変化させた場合の液晶分子配向の変化を示す図
【図７】誘電体の比誘電率と、アンテナエレメントの共振周波数との関係を示すグラフ
【図８】記憶装置に記憶されているマップの一例を示す図
【図９】第２実施形態に係るアンテナ装置の一例を示す断面図
【図１０】第２実施形態に係るアンテナ装置の他の例を示す断面図
【００６０】
１、１４、１８    アンテナ装置
２、１５、１８    アンテナエレメント
３、１２、２０    誘電体
４、１６    比誘電率制御部
５、１３    窓ガラス
６    内側ガラス
７    外側ガラス
８、１７    電極
９    記憶装置
１０    マップ
１１    共振周波数設定部
２１    入力部
２２    電源
【図１】
2008294822.tif 000003
【図２】
2008294822.tif 000004
【図３】
2008294822.tif 000005
【図４】
2008294822.tif 000006
【図５】
2008294822.tif 000007
【図６】
2008294822.tif 000008
【図７】
2008294822.tif 000009
【図８】
2008294822.tif 000010
【図９】
2008294822.tif 000011
【図１０】
2008294822.tif 000012