(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の絶縁体と、前記絶縁体の一方の面上に導電体パターンとして形成された輻射器と、前記絶縁体上の他方の面上に配置した複数の接地導電体と、前記複数の接地導電体のそれぞれとアースとの間を接続する複数の可変リアクタンス素子と、前記複数の可変リアクタンス素子のリアクタンスを可変して指向性を可変する制御回路と、を備え、前記複数の接地導電体は、フィルム又は板状であり、一体として前記輻射器より大きく形成された反射器として作用することを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
板状絶縁体上の外面に保護膜で覆われた導電体パターンまたは積層した複数の絶縁体間に設けた導電体パターンを輻射器とし、前記絶縁体の内面に配置した複数の接地導電体を構造金属と可変リアクタンス素子で接続し、前記可変リアクタンス素子のリアクタンスを可変して指向性を可変することを特徴とするアンテナ装置。
【請求項３】
板状絶縁体上に形成した導電体パターンを輻射器とし、前記絶縁体上の導電体パターンの近傍に配置した複数の接地導電体を構造金属と可変リアクタンス素子で接続し、前記可変リアクタンス素子のリアクタンスを可変して指向性を可変するアンテナ装置において、前記複数の接地導電体は、透明または１／１０波長より間隔が狭く且つ該間隔より十分細いメッシュまたはストライプであることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項４】
請求項１に記載のアンテナ装置において、前記輻射器と受信機を接続するように設けられて該受信機の受信するチャンネルを含む帯域に該輻射器を同調させる同調回路を更に備え、前記板状絶縁体が自動車の窓ガラスであり、前記一方の面は該自動車の車外側であり、前記アースが自動車の車体であって、前記制御回路は自動車に搭載された前記受信機からの制御信号により受信品質が最良の状態となるように前記指向性を可変することを特徴とするアンテナ装置。
【請求項５】
前記輻射器は矩形パッチアンテナであり、前記輻射器と前記同調回路を夫々複数備えて、ダイバーシチ受信を行う前記受信機に接続されることを特徴とする請求項４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、例えば車両に搭載されるアンテナ装置に係り、特に車内等の近傍における影響を軽減するためのアンテナ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両に搭載されてラジオ放送やＴＶ放送等を受信するアンテナは、図１２に示すように車両１の窓ガラス２に貼るフィルムアンテナ３が一般に使用されている。
【０００３】
上記のように車両１の窓ガラス２にフィルムアンテナ３を貼り付けた場合、図１３に示すように車外と車内の両方に指向性４を持つようになり、車内の物の配置や人の動きがフィルムアンテナ３の受信感度に影響を与え、安定した受信状態に保つことが困難である。上記図１３は、フィルムアンテナ３を装着した車両１を正面から見た図である。
【０００４】
また、本発明に関連する公知技術として、車両に設けられる合わせガラスにおいて、ガラスのほぼ全面に導電膜を付設し、前記導電膜のより車外側にアンテナ導体を配置すると共に、前記導電膜を接地し、車内からの電磁ノイズのアンテナ素子への混入を抑止するようにした車両用ガラスアンテナ装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
また、近年、人口媒質を伝わる電磁波に対する有効的な誘電率（ε）と透磁率（μ）が共に負で、その結果屈折率も負となる左手系メタマテリアルと液晶を用いて広範囲例えば−４２度から＋３４度の範囲で任意の方向にビーム走査を可能とする技術が研究されている（例えば、非特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００３−１７９２０号公報
【非特許文献１】日経エレクトロニクス２００６年１月２日号、７５頁“左手系メタマテリアル”
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように車両１の窓ガラス２に貼る従来のフィルムアンテナ３は、車内方向にも指向性があるために車内の影響を受け易い。アンテナの特性は、時間に対して変わらず、一定の特性を保つことが理想である。しかし、上記従来のフィルムアンテナ３では、車内の物の配置や人の動きが受信感度に影響を与えるため、例えば車内の人間がアンテナに近付くことによってアンテナの指向性が変わり受信できなくなるといったことも考えられる。
【０００７】
また、特許文献１に示されている発明では、車内からの電磁ノイズのアンテナ素子への混入を抑止することができるが、指向性を可変することができず、車両等の移動体に搭載した場合、安定した受信状態を保持することが不可能である。
【０００８】
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、例えば車内等における物の配置や人の動きによる受信感度への影響を防止でき、また、指向性の可変を可能とし、車両等の移動体に搭載した場合でも安定した受信状態を保持できるアンテナ装置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】
【０００９】
第１の発明に係るアンテナ装置は、板状の絶縁体と、前記絶縁体の一方の面上に導電体パターンとして形成された輻射器と、前記絶縁体上の他方の面上に配置した複数の接地導電体と、前記複数の接地導電体のそれぞれとアースとの間を接続する複数の可変リアクタンス素子と、前記複数の可変リアクタンス素子のリアクタンスを可変して指向性を可変する制御回路と、を備え、前記複数の接地導電体は、フィルム又は板状であり、一体として前記輻射器より大きく形成された反射器として作用することを特徴とする。
【００１０】
第２の発明に係るアンテナ装置は、板状絶縁体上の外面に保護膜で覆われた導電体パターンまたは積層した複数の絶縁体間に設けた導電体パターンを輻射器とし、前記絶縁体の内面に配置した複数の接地導電体を構造金属と可変リアクタンス素子で接続し、前記可変リアクタンス素子のリアクタンスを可変して指向性を可変することを特徴とする。
【００１１】
第３の発明に係るアンテナ装置は、板状絶縁体上に形成した導電体パターンを輻射器とし、前記絶縁体上の導電体パターンの近傍に配置した複数の接地導電体を構造金属と可変リアクタンス素子で接続し、前記可変リアクタンス素子のリアクタンスを可変して指向性を可変するアンテナ装置において、前記複数の接地導電体は、透明または１／１０波長より間隔が狭く且つ該間隔より十分細いメッシュまたはストライプであることを特徴とする。
【００１２】
第４の発明は、前記第１の発明に係るアンテナ装置において、前記輻射器と受信機を接続するように設けられて該受信機の受信するチャンネルを含む帯域に該輻射器を同調させる同調回路を更に備え、前記板状絶縁体が自動車の窓ガラスであり、前記一方の面は該自動車の車外側であり、前記アースが自動車の車体であって、前記制御回路は自動車に搭載された前記受信機からの制御信号により受信品質が最良の状態となるように前記指向性を可変することを特徴とする。
【００１３】
第５の発明は、前記第４の発明に係るアンテナ装置において、前記輻射器は矩形パッチアンテナであり、前記輻射器と前記同調回路を夫々複数備えて、ダイバーシチ受信を行う前記受信機に接続されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、アンテナ周囲における物の配置や人の動きによる受信感度への影響を軽減して安定した受信を行うことができる。また、アンテナの指向性を可変でき、車両等の移動体に搭載した場合であっても安定した受信状態を保持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１６】
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係るアンテナ装置の基本構成を示すもので、車両１の窓ガラス２に装着した状態を示す要部断面図である。
【００１７】
図１に示すように車両の窓ガラス２に対し、外側面すなわち車外１１側にアンテナ素子１２を装着し、内側面すなわち車内１４側に上記アンテナ素子１２に対向するように接地導電体１３を装着してアンテナ１０Ａを構成している。上記アンテナ素子１２としては、例えば線状アンテナあるいはパッチアンテナ等の導電体パターンを輻射器とするフィルムアンテナなどが用いられる。この場合、導電体パターンは、保護膜で覆って保護している。
【００１８】
また、上記接地導電体１３は、アンテナ素子１２より大きく形成されるが、図２（ａ）に示すように例えばアルミニウム板や導電性フィルム等により形成した金属板１３１、同図（ｂ）に示すように金属線をλ０／１０（λ０：使用周波数における波長）以下の間隔で偏波面に平行に配置してストライプ状に形成した反射器１３２、同図（ｃ）に示すように金属線をλ０／１０以下の間隔でグリッド状に配列してメッシュを形成したグリッド型反射器１３３など、電波が反射する作用を持つものであれば問題なく使用することができる。
【００１９】
そして、上記アンテナ素子１２の給電点は、同軸ケーブル１５を介して受信機１６に接続される。受信機１６としては、例えばＵＨＦ帯のＴＶ受信機が使用される。
【００２０】
上記のように窓ガラス２の外側面にアンテナ素子１２を貼り付け、内側面に接地導電体１３を貼り付けた構成とすることにより、車内１４方向の指向性が無くなるので、アンテナ素子１２は車内１４の影響を受けずに安定した受信が可能となる。
【００２１】
上記アンテナ素子１２として通常市販されているフィルムアンテナ等を使用した場合、アンテナ単体では希望する信号の周波数帯域において最適となるように調整されているので、このアンテナ素子１２に接地導電体１３を装荷すると特性が変わって希望する信号を受信できなくなる可能性がある。
【００２２】
図３はアンテナのリターンロスの周波数特性例を示したもので、図中実線ａはアンテナ素子１２を単体で使用した場合の特性、破線ｂはアンテナ素子１２に接地導電体１３を装荷した場合の特性を示している。上記図３において、ｆ０は希望する信号の周波数帯の中心周波数である。
【００２３】
上記のようにアンテナ素子１２に接地導電体１３を装荷することによって特性が変わる場合を考慮し、図４に示すようにアンテナ素子１２と受信機１６との間に広帯域の同調回路１７を設ける。この場合、受信機１６は、例えばリモコン操作等によってチャンネル情報が与えられた場合にチャンネル選択を行うと共に、チャンネル情報を信号線１８により同調回路１７へ出力する。上記同調回路１７は、数チャンネル分の帯域に同調する広帯域の同調回路であり、受信機１６から出力されるチャンネル情報に従って、そのチャンネルを含む帯域に同調するように同調帯域を切替える構成となっている。
【００２４】
上記のようにアンテナ素子１２と受信機１６との間に同調回路１７を設け、チャンネル情報に従って同調回路１７の同調帯域を調整することにより、接地導電体１３の装荷によって受信特性が変わる場合であっても希望するチャンネルの電波を確実に受信することができる。
【００２５】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係るアンテナ装置について説明する。  
図５は、本発明の第２実施形態に係るアンテナ装置の構成例を示す図である。この第２実施形態に係るアンテナ装置は、第１実施形態に示したアンテナ１０Ａを複数用いてダイバーシチ受信を行うようにしたものである。
【００２６】
すなわち、この第２実施形態は、ダイバーシチ受信機２１に複数例えば２組のアンテナ１０Ａ１、１０Ａ２を接続してダイバーシチ受信を行うように構成したもので、各アンテナ１０Ａ１、１０Ａ２のアンテナ素子１２とダイバーシチ受信機２１との間にそれぞれ同調回路１７ａ、１７ｂを設けている。上記２つのアンテナ１０Ａ１、１０Ａ２は、例えば車両の左右両側の窓ガラス２に装着して使用する。
【００２７】
上記ダイバーシチ受信機２１は、例えばリモコン操作等によってチャンネル情報が与えられた場合にチャンネル選択を行うと共に、チャンネル情報を信号線１８ａ、１８ｂにより同調回路１７ａ、１７ｂへ出力する。
【００２８】
上記第２実施形態に係るアンテナ装置によれば、マルチパスによる電界変動の影響を軽減でき、且つ車内１４内における物の配置や人の動きによる影響を受けることなくダイバーシチ受信を行うことができる。また、同調回路１７ａ、１７ｂを設けることで、希望するチャンネルの電波をより確実に受信することができる。このためアンテナ装置を車両等の移動体に搭載した場合でも安定した受信を行うことが可能となる。
【００２９】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係るアンテナ装置について説明する。  
図６は本発明の第３実施形態に係るアンテナ装置の斜視図、図７は同アンテナ装置の受信機系統を含む全体の構成を示すブロック図である。
【００３０】
この第３実施形態では、第１実施形態で示したアンテナ１０Ａにおける接地導電体１３を図６示すように複数に分割してアンテナ１０Ｂを構成している。そして、各分割した接地導電体１３ａ、１３ｂ、…１３ｎを図７に示すように例えばコンデンサ、コイルなどの可変リアクタンス素子２１ａ、２１ｂ、…を介して構造金属である自動車の車体に接続して車体アース２２としている。そして、リアクタンス制御回路２３から可変リアクタンス素子２１ａ、２１ｂ、…に制御信号を与え、アンテナ素子１２と分割した各接地導電体１３ａ、１３ｂ、…との間の相互結合量を可変させて指向性を制御する。
【００３１】
また、受信機１６からリアクタンス制御回路２３に制御信号を与え、受信品質が最良の状態となるようにリアクタンス制御回路２３を制御する。更にリアクタンス制御回路２３には、必要に応じてカーナビゲーション装置から例えば位置情報あるいはビル陰やトンネルなどの情報を信号線路２４により与え、リアクタンス制御回路２３の動作を制御する。
【００３２】
また、上記アンテナ素子１２と受信機１６との間に上記各実施形態と同様に同調回路１７を設け、受信機１６から出力するチャンネル情報により同調回路１７の同調帯域を制御している。
【００３３】
上記の構成において、受信機１６は、アンテナ素子１２により受信した信号に基づいてリアクタンス制御回路２３に制御信号を与え、受信品質が最良の状態となるように制御する。リアクタンス制御回路２３は、受信機１６からの制御信号に従って可変リアクタンス素子２１ａ、２１ｂ、…を制御し、アンテナ素子１２と分割した各接地導電体１３ａ、１３ｂ、…との間の相互結合量を可変させ、受信品質が最良となるようにアンテナの指向性を制御する。
【００３４】
なお、カーナビゲーション装置からリアクタンス制御回路２３に位置などの情報を与えている場合には、リアクタンス制御回路２３は上記情報に基づいてアンテナの指向性を目的とする方向に予め合わせておくことが可能となるので、その後、受信機１６から与えられる制御信号に従って指向性を迅速且つ正確に調整することができる。
【００３５】
上記第３実施形態によれば、車両が移動してアンテナの方向が変わる場合であっても指向性を制御して最良の受信品質を得ることができ、且つ車内１４内の影響を受けることなく常に安定した状態で放送波を受信することができる。
【００３６】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態に係るアンテナ装置について説明する。  
図８は、本発明の第４実施形態に係るアンテナ装置の構成例を示す図である。この第４実施形態に係るアンテナ装置は、第３実施形態に係るアンテナ１０Ｂを複数用いてダイバーシチ受信を行うようにしたものである。
【００３７】
すなわち、第４実施形態では、ダイバーシチ受信機２１に複数例えば２組のアンテナ１０Ｂ１、１０Ｂ２を接続してダイバーシチ受信を行うように構成したものである。この場合、車体アース２２及びリアクタンス制御回路２３は、アンテナ１０Ｂ１、１０Ｂ２に共通に使用している。
【００３８】
上記第４実施形態によれば、マルチパスによる電界変動の影響を軽減できると共に車内１４内の影響を受けることなくダイバーシチ受信を行うことができ、且つ車両が移動してアンテナの方向が変わる場合であっても指向性を制御して最良の受信品質を得ることができる。
【００３９】
なお、上記第２ないし第４実施形態では、アンテナ素子１２と受信機１６あるいはダイバーシチ受信機２１との間に同調回路１７、１７ａ、１７ｂを設けた場合について示したが、同調回路１７、１７ａ、１７ｂを省略して簡易的な構成としても良いことは勿論である。
【００４０】
また、上記第２、第４実施形態では、複数のアンテナ装置によりダイバーシチ受信を行う場合について示したが、その他、例えば複数のアンテナ装置を使用し、希望波の方向に指向性のメインビームを向けると共に妨害波の方向に指向性の零点（ヌル）を向けるアダプティブアレーアンテナによる受信を行うことも可能である。このアダプティブアレーアンテナの構成とすることにより、受信信号の品質を更に向上することができる。
【００４１】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態に係るアンテナ装置について説明する。  
図９は、本発明の第５実施形態に係るアンテナ装置の構成例を示す図である。  
上記各実施形態では、車両の窓ガラス２の外側にアンテナ素子１２を装着し、内側に接地導電体１３を装着した場合について示したが、この第５実施形態では、図９に示すように車両が２重の窓ガラスを使用している場合において、外側の窓ガラス２ａと内側の窓ガラス２ｂの中間層にアンテナ素子１２を装着し、窓ガラス２ｂの内側に接地導電体１３を装着してアンテナ装置を構成したものである。また、その他、窓ガラス２ａの外側にアンテナ素子１２を装着し、窓ガラス２ａ、２ｂの中間層に接地導電体１３を装着しても良い。
【００４２】
（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態に係るアンテナ装置について説明する。  
図１０は、本発明の第６実施形態に係るアンテナ装置の構成例を示す図である。  
この実施形態は、板状絶縁体例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等の誘電体を用いた柔軟性を有する絶縁基板３１の上面にアンテナ素子として矩形パッチアンテナ１２ａを装着し、裏面全体に接地導電体１３を装着してアンテナ１０Ｃを構成したものである。上記絶縁基板３１は、厚さが約０．１ｍｍで、矩形パッチアンテナ１２ａに比較して十分に大きいものを使用する。絶縁基板３１としてＰＥＴを使用した場合、その比誘電率εｒは、εｒ＝３である。
【００４３】
上記矩形パッチアンテナ１２ａは、使用周波数が６００ＭＨｚの場合、約１４．４ｃｍ角のものを使用する。  
なお、全帯域を１つのアンテナでカバーできない場合には、必要なアンテナ数を配置する。この場合、矩形パッチアンテナ１２ａの大きさは、各使用周波数に応じて例えば
５５０ＭＨｚ：１５．７ｃｍ角
６００ＭＨｚ：１４．４ｃｍ角
６５０ＭＨｚ：１３．３ｃｍ角
７００ＭＨｚ：１２．３ｃｍ角
７５０ＭＨｚ：１１．５ｃｍ角
に設定する。
【００４４】
上記のように構成されたアンテナ１０Ｃは、例えば車両の窓ガラスの外側あるいは内側等に装着して使用することができる。このためアンテナの装着がきわめて容易であり、且つ、窓ガラスに限らず、その他の任意の場所に装着することが可能である。
【００４５】
また、絶縁基板３１の裏面に接地導電体１３を装着しているので、車内あるいはアンテナ近傍の影響を受けることなく、放送電波を安定して受信することができる。
【００４６】
（第７実施形態）
次に、本発明の第７実施形態に係るアンテナ装置について説明する。  
図１１（ａ）、（ｂ）は、本発明の第７実施形態に係るアンテナ装置の構成例を示す図である。  
この第７実施形態は、同一平面状にアンテナ素子及び接地導電体を配置した場合の例を示したものである。図１１（ａ）は、例えば方形状の絶縁基板４１の上面中央部にパッチアンテナ等のアンテナ素子４２を設けると共に、このアンテナ素子４２の両側近傍に接地導電体４３ａ、４３ｂを配置してアンテナ１０Ｄを構成した場合の例を示している。すなわち、絶縁基板４１上にアンテナ素子４２及び接地導電体４３ａ、４３ｂを一直線状に配置して１次元の平面アンテナを構成している。
【００４７】
上記のように同一平面状にアンテナ素子４２及び接地導電体４３ａ、４３ｂを配置した場合においても、アンテナ素子４２に対する周囲の影響を接地導電体４３ａ、４３ｂによって軽減することができる。
【００４８】
また、図１１（ｂ）は、絶縁基板４１の上面中央部にパッチアンテナ等のアンテナ素子４２を設けると共に、このアンテナ素子４２の周辺近傍に多数の接地導電体４３ａ、４３ｂ、…４３ｎを配置してアンテナ１０Ｄを構成した場合の例を示している。すなわち、絶縁基板４１上にアンテナ素子４２を囲むように接地導電体４３ａ、４３ｂ、…を配置して２次元の平面アンテナを構成している。
【００４９】
上記のようにアンテナ素子４２を囲むように多数の接地導電体４３ａ、４３ｂ、…４３ｎを配置してアンテナ１０Ｄを構成した場合には、アンテナ素子４２に対する周囲の影響をより確実に軽減することができる。
【００５０】
上記のように構成されたアンテナ１０Ｄは、例えば車両の窓ガラスの外側あるいは内側にきわめて容易に装着することが可能で、周囲の影響を受けることなく放送波を安定して受信することができる。
【００５１】
なお、上記第６、第７実施形態に示したアンテナ１０Ｃ、１０Ｄは、その他の実施形態に示したように同調回路１７や可変リアクタンス素子２１ａ、２１ｂ、…と組み合わせて使用したり、更にはダイバーシチ受信機２１と組み合わせてダイバーシチ受信を行うことも可能である。
【００５２】
また、上記各実施形態では、ＵＨＦ帯のテレビを受信する場合について示したが、その他、例えばＡＭ放送帯、ＦＭ放送帯、ＶＨＦ帯（テレビ）等を受信する場合においても、上記実施形態と同様にして実施し得るものである。
【００５３】
また、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の第１実施形態に係るアンテナ装置の基本構成を示す要部断面図である。
【図２】同実施形態における金属板の構成例を示す斜視図である。
【図３】同実施形態におけるアンテナのリターンロス特性例を示す図である。
【図４】同実施形態における同調回路を備えたアンテナ装置の構成例を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るアンテナ装置の構成例を示す図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係るアンテナ装置の斜視図である。
【図７】同実施形態におけるアンテナ装置の受信機系統を含む全体の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第４実施形態に係るアンテナ装置の構成例を示す図である。
【図９】本発明の第５実施形態に係るアンテナ装置の構成例を示す図である。
【図１０】本発明の第６実施形態に係るアンテナ装置の構成例を示す図である。
【図１１】本発明の第７実施形態に係るアンテナ装置の構成例を示す図である。
【図１２】従来のフィルムアンテナを車両の窓ガラスに装着した状態を示す斜視図である。
【図１３】従来のフィルムアンテナを装着した車両を正面から見た図である。
【符号の説明】
【００５５】
１…車両、２、２ａ、２ｂ…窓ガラス、１０Ａ、１０Ａ１、１０Ａ２、１０Ｂ、１０Ｂ１、１０Ｂ２、１０Ｃ、１０Ｄ…アンテナ、１１…車外、１２…アンテナ素子、１２ａ…矩形パッチアンテナ、１３、１３ａ、１３ｂ、…１３ｎ…接地導電体、１３１…金属板、１３２…反射器、１３３…グリッド型反射器、１４…車内、１５…同軸ケーブル、１６…受信機、１７、１７ａ、１７ｂ…同調回路、１８、１８ａ、１８ｂ…信号線、２１…ダイバーシチ受信機、２１ａ、２１ｂ…可変リアクタンス素子、２２…車体アース、２３…リアクタンス制御回路、２４…信号線路、３１、４１…絶縁基板、４２…アンテナ素子、４３ａ、４３ｂ…接地導電体。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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