(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体のルーフの端部に搭載される車載用アンテナ装置において、
当該車載用アンテナ装置を上記車体に搭載したときに、一方の給電点から上記ルーフに交わる第１の方向に引き出される部分を有する放射素子を備え、
当該車載用アンテナ装置における上記放射素子の位置は、当該車載用アンテナ装置を上記車体に搭載したときに、
（１）上記放射素子の少なくとも一部が上記ルーフ、又は、当該車載用アンテナ装置を上記ルーフの上記端部に固定するためのアンテナ固定部に重畳するように、かつ、
（２）上記ルーフ又は上記アンテナ固定部と導通する金属製の構造体であって、上記ルーフに交わる方向に伸びる構造体から上記放射素子までの最短距離が上記放射素子の動作帯域の中心周波数の波長の１／３倍以上２／３倍以下となるように定められており、
さらに、上記放射素子は、上記一方の給電点から上記第１の方向に引き出される第１の導体片と、他方の給電点から上記ルーフに沿う第２の方向に引き出され、少なくとも一部が上記ルーフ又は上記アンテナ固定部に重畳する第２の導体片からなることを特徴とする車載用アンテナ装置。
【請求項２】
当該車載用アンテナ装置における上記放射素子の位置は、当該車載用アンテナ装置を上記車体に搭載したときに、上記最短距離が上記放射素子の動作帯域の中心周波数の波長の１／２倍となるように定められている、
ことを特徴とする請求項１に記載の車載用アンテナ装置。
【請求項３】
上記構造体は、ピラーである、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の車載用アンテナ装置。
【請求項４】
上記構造体は、リヤガラス又はフロントガラスを支持する枠体の縦柱である、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の車載用アンテナ装置。
【請求項５】
当該車載用アンテナ装置は、スポイラーを筐体とするものである、
ことを特徴とする請求項１〜４何れか１項に記載の車載用アンテナ装置。
【請求項６】
車体のルーフの端部に放射素子を備えた車載用アンテナ装置を設置する設置方法において、
（１）上記放射素子が一方の給電点から上記ルーフに交わる第１の方向に引き出され、
（２）上記放射素子の少なくとも一部が上記ルーフ、又は、当該車載用アンテナ装置を上記ルーフの上記端部に固定するためのアンテナ固定部に重畳し、かつ、
（３）上記ルーフ又は上記アンテナ固定部と導通する金属製の構造体であって、上記ルーフに交わる方向に伸びる構造体から上記放射素子までの最短距離が上記放射素子の動作帯域の中心周波数の波長の１／３倍以上２／３倍以下となるように、上記車載用アンテナ装置を上記ルーフの端部に設置するものであって、
上記放射素子は、上記一方の給電点から上記第１の方向に引き出される第１の導体片と、他方の給電点から上記ルーフに沿う第２の方向に引き出され、少なくとも一部が上記ルーフ又は上記アンテナ固定部に重畳する第２の導体片からなることを特徴とする設置方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車体のルーフの端部に配置される車載用アンテナ装置に関する。また、本発明は、車体のルーフの端部に、車載用アンテナ装置が備えている放射素子を設置する放射素子の設置方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信の用途拡大に伴い、従来から利用されていたＦＭ／ＡＭ放送や地上波デジタル放送等の周波数帯域で動作するアンテナに加えて、３Ｇ（3rd Generation：第３世代携帯電話）やＬＴＥ（Long Term Evolution）等のより高周波な周波数帯域で動作するアンテナが自動車に搭載されるようになっている。
【０００３】
これらのアンテナを自動車に搭載する場合、アンテナそのものを窓ガラス等に張り付ける方法の他に、アンテナを内蔵した車載用アンテナ装置をルーフ等に取り付ける方法が取られている。後者の方法を採用する場合、車載用アンテナ装置をできるだけ目立たなくすることが自動車の美観を高めるうえで重要になる。
【０００４】
例えば、特許文献１には、スポイラーを筐体とする車載用アンテナ装置が開示されている。特許文献１の図５に示されているように、この車載用アンテナ装置は、車体のルーフの後端に配置されたスポイラーの内部に、デジタルテレビ用アンテナとラジオ用アンテナと内蔵したものである。この車載用アンテナ装置において、デジタルテレビ用アンテナの放射素子及びラジオ用アンテナの放射素子は、車体にスポイラーが取り付けられた状態において水平になるようにスポイラーに内蔵されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２８３６０９号公報（２００８年１１月２０日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の車載用アンテナ装置には、車体前方への放射利得が小さいという問題があった。
【０００７】
すなわち、特許文献１に記載の車載用アンテナ装置においては、アンテナを構成する放射素子を水平に配置する構成が採用されている。このため、特許文献１に記載の車載用アンテナ装置から放射される電磁波は、水平偏波を主たる偏波成分とする電磁波になる。そして、ルーフの後端に配置された車載用アンテナ装置からルーフの前端に向かって放射された水平偏波は、偏波面と平行に延在する金属体であるルーフを横断する過程で減衰される。したがって、特許文献１に記載の車載用アンテナ装置においては、車体前方への放射利得が小さくなるという問題を生じる。
【０００８】
更に、このルーフによる減衰効果は、アンテナが放射する電磁波の波長が短くなるほど顕著になる。電磁波の波長が短くなるほど回折が生じ難くなるためである。近年、無線通信を用いて伝送する情報量は増加の一途をたどっており、無線通信に用いる電磁波の波長は短波長化される傾向がある。例えば、ＬＴＥの規格に準拠した電磁波の波長は、ＦＭ／ＡＭ放送の伝送に用いる電磁波の波長より短いため、ルーフによる減衰効果の影響をより大きく受けやすい。ＧＰＳ（Global Positioning System：全地球測位システム）のように天頂方向から送信される電磁波を受信するアンテナシステムの場合には、ルーフによる電磁波の減衰効果を無視し得る。しかし、３ＧやＬＴＥなどのように地上に設置された基地局との通信を要するアンテナシステムの場合には、ルーフによる減衰効果に起因する利得低下は、大きな問題であり無視できない。
【０００９】
なお、ここでは、車載用アンテナ装置をルーフの後端に配置した場合に生じる問題について説明したが、車載用アンテナ装置をルーフの前端、右端、又は左端に配置した場合にも同様の問題を生じる。すなわち、車載用アンテナ装置をルーフの前端に配置した場合には、車体後方への放射利得が小さくなるという問題を生じ、車載用アンテナ装置をルーフの右端／左端に配置した場合には、車体左方／右方への放射利得が小さくなるという問題を生じる。すなわち、何れの場合においても、車載用アンテナ装置から見てルーフを横断する方向への放射利得が小さくなるという問題を生じる。
【００１０】
本発明は、以上の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、車体のルーフの端部に搭載した場合に、ルーフを横断する方向への放射利得が従来よりも大きい車載用アンテナ装置を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するために、本発明に係る車載用アンテナ装置は、車体のルーフの端部に搭載される車載用アンテナ装置において、当該車載用アンテナ装置を上記車体に搭載したときに、一方の給電点から上記ルーフに交わる第１の方向に引き出される部分を有する放射素子を備え、当該車載用アンテナ装置における上記放射素子の位置は、当該車載用アンテナ装置を上記車体に搭載したときに、（１）上記放射素子の少なくとも一部が上記ルーフ、又は、当該車載用アンテナ装置を上記ルーフの上記端部に固定するためのアンテナ固定部に重畳するように、かつ、（２）上記ルーフ又は上記アンテナ固定部と導通する金属製の構造体であって、上記ルーフに交わる方向に伸びる構造体から上記放射素子までの最短距離が上記放射素子の動作帯域の中心周波数の波長の１／３倍以上２／３倍以下となるように定められている、ことを特徴とする。
【００１２】
上記放射素子のうち上記ルーフに交わる第１の方向に引き出された部分に高周波電流が流れると、当該部分から垂直偏波が放射される。また、上記放射素子のうち上記ルーフに重畳している部分に高周波電流が流れると、上記ルーフ及び上記構造体に誘導電流が流れ、その結果、上記構造体から垂直偏波が放射される。
【００１３】
発明者らが得た知見によれば、上記構造体から上記放射素子までの最短距離を上記放射素子の動作帯域の中心周波数の波長の１／３倍以上２／３倍以下としたときに得られる、上記放射素子から見て上記ルーフを横断する方向に対する垂直偏波の利得は、上記構造体を省略したときに得られる同利得よりも大きくなる。これは、上記構造体から上記放射素子までの最短距離を上記放射素子の動作帯域の中心周波数の波長の１／３倍以上２／３倍以下とすることによって、上記放射素子から見て上記ルーフを横断する方向に関し、上記放射素子から放射される垂直偏波と上記構造体から放射される垂直偏波とが互いに強め合うように干渉するためであると考えられる。
【００１４】
すなわち、上記の構成によれば、上記車体を構成する金属製の構造体（例えば、ピラー）を利用して、上記放射素子から見て上記ルーフを横断する方向に対する垂直偏波の利得を高めた車載用アンテナ装置を実現することができる。
【００１５】
本発明の一態様に係る車載用アンテナ装置において、当該車載用アンテナ装置における上記放射素子の位置は、当該車載用アンテナ装置を上記車体に搭載したときに、上記最短距離が上記放射素子の動作帯域の中心周波数の波長の１／２倍となるように定められている、ことが好ましい。
【００１６】
上記の構成によれば、上記車体を構成する金属製の構造体（例えば、ピラー）を利用して、上記放射素子から見て上記ルーフを横断する方向に対する垂直偏波の利得を更に高めることができる。
【００１７】
本発明の一態様に係る車載用アンテナ装置において、上記構造体は、ピラーであってもよい。
【００１８】
上記構成によれば、上記車両の元来の構成部品である上記ピラーを用いて、上記放射素子から見て上記ルーフを横断する方向に対する利得を高めることができる。すなわち、上記車両に新たな構成部品を追加することなく、上記放射素子から見て上記ルーフを横断する方向に対する垂直偏波の利得を高めることができる。
【００１９】
本発明の一態様に係る車載用アンテナ装置において、上記構造体は、リヤガラス又はフロントガラスを支持する枠体の縦柱であってもよい。
【００２０】
上記構成によれば、上記車両の元来の構成部品である上記枠体の上記縦柱を用いて、上記放射素子から見て上記ルーフを横断する方向に対する利得を高めることができる。すなわち、上記車両に新たな構成部品を追加することなく、上記放射素子から見て上記ルーフを横断する方向に対する垂直偏波の利得を高めることができる。
【００２１】
本発明の一態様に係る車載用アンテナ装置において、上記放射素子は、上記一方の給電点から上記第１の方向に引き出される第１の導体片と、他方の給電点から上記ルーフに沿う第２の方向に引き出され、少なくとも一部が上記ルーフ又は上記アンテナ固定部に重畳する第２の導体片からなるダイポールアンテナを構成する、ことが好ましい。
【００２２】
上記の構成によれば、ルーフを横断する方向に対する垂直偏波は、第１の導体片に流れる高周波電流に起因して第１の導体片から放射される垂直偏波と、第２の導体片に流れる高周波電流に起因して構造体から放射される垂直偏波とが互いに強め合うように干渉することによって得られる。
【００２３】
すなわち、第１の導体片に流れる高周波電流及び第２の導体片に流れる高周波電流の各々がルーフを横断する方向に対する垂直偏波に寄与するため、放射素子に投入された電力を効率よく使ってルーフを横断する方向に対する垂直偏波を生じさせることができる。したがって、上記放射素子から見て上記ルーフを横断する方向に対する垂直偏波の利得を更に高めることができる。
【００２４】
本発明の一態様に係る車載用アンテナ装置は、スポイラーを筐体とするものである、ことが好ましい。
【００２５】
上記の構成によれば、車体の美観及び空力特性を損なうことなく、上記放射素子から見て上記ルーフを横断する方向への放射利得が従来よりも大きい車載用アンテナ装置を実現することができる。
【００２６】
上記の課題を解決するために、本発明に係る設置方法は、車体のルーフの端部に放射素子を備えた車載用アンテナ装置を設置する設置方法において、
（１）上記放射素子が一方の給電点から上記ルーフに交わる第１の方向に引き出され、
（２）上記放射素子の少なくとも一部が上記ルーフ、又は、当該車載用アンテナ装置を上記ルーフの上記端部に固定するためのアンテナ固定部に重畳し、かつ、
（３）上記ルーフ又は上記アンテナ固定部と導通する金属製の構造体であって、上記ルーフに交わる方向に伸びる構造体から上記放射素子までの最短距離が上記放射素子の動作帯域の中心周波数の波長の１／３倍以上２／３倍以下となるように、上記車載用アンテナ装置を上記ルーフの端部に設置する、ことを特徴とする。
【００２７】
上記の構成によれば、本発明の車載用アンテナ装置と同様の効果を奏する。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、ルーフを横断する方向への放射利得が従来よりも大きい車載用アンテナ装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る車載用アンテナ装置を搭載する車体の外観を示す斜視図であり、（ｂ）は、上記車載用アンテナ装置を搭載する上記車体の一部を拡大した断面図である。
【図２】上記車載用アンテナ装置が備えている放射素子の展開図である。
【図３】（ａ）は、本発明の各実施例において、車載用アンテナ装置の放射利得を計算するために用いた、車載用アンテナ装置を搭載した車体のモデルの構成を示す上面図である。（ｂ）は、上記モデルの構成を示す側面図である。
【図４】（ａ）は、図３の（ａ）に示した上記モデルの一部を拡大した上面図である。（ｂ）は、図３の（ｂ）に示した上記モデルの一部を拡大した側面図である。
【図５】図３に示す車体に搭載した車載用アンテナ装置、及び、図６に示す車体に搭載した車載用アンテナ装置の前方放射利得の最短距離Ｄｘ依存性を示すグラフである。
【図６】（ａ）は、本発明の比較例において、車載用アンテナ装置の放射利得を計算するために用いた車載用アンテナ装置を搭載した車体のモデルの構成を示す上面図である。（ｂ）は、上記モデルの構成を示す側面図である。
【図７】図３に示す車体に搭載した、本発明の実施例の車載用アンテナ装置、及び、第１の変形例の車載用アンテナ装置の前方放射利得の最短距離Ｄｘ依存性を示すグラフである。
【図８】図３に示す車体に搭載した、本発明の実施例の車載用アンテナ装置、第２の変形例の車載用アンテナ装置、及び第３の変形例の車載用アンテナ装置の前方放射利得の最短距離Ｄｘ依存性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
〔第１の実施形態〕
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。なお、本実施形態においては、ルーフの後端に配置されるスポイラーを筐体とする車載用アンテナ装置について説明するが、本発明はこれに限定されない。すなわち、本発明は、ルーフの前端、右端、又は左端に配置される車載用アンテナ装置にも適用することができる。
【００３１】
〔車載用アンテナ装置１０の概要〕
初めに図１の（ａ）を参照して、本発明の第１の実施形態に係る車載用アンテナ装置の概要について説明する。図１の（ａ）は、本実施形態に係る車載用アンテナ装置の一例である、車載用アンテナ装置１０を搭載する車体１の外観を示す斜視図である。
【００３２】
なお、以降の説明では、車体１の前進方向（図１におけるｙ軸正方向）を「前方向」と称し、その後進方向（図１におけるｙ軸負方向）を「後方向」と称する。また、車体１に搭乗する搭乗者の右手方向（図１におけるｘ軸正方向）を「右方向」と称し、その左手方向（図１におけるｘ軸負方向）を「左方向」と称する。また、車体１のシャシーからルーフへと向かう方向（図１におけるｚ軸正方向）を「上方向」と称し、車体１のルーフからシャシーへと向かう方向（図１におけるｚ軸負方向）を「下方向」と称する。また、左方向及び右方向を、向きを区別せずに指すとときには、「左右方向」といい、上方向及び下方向を、向きを区別せずに指すときには、「上下方向」という。
【００３３】
図１の（ａ）に示す車体１は、ハッチバック型の車体である。車体１において、ルーフ２及びハッチゲート５を含む外板（ボディパネル）は、鋼板及びアルミ板によって構成されている。すなわち、車体１の外板は、金属製である。本実施形態に係る車載用アンテナ装置１０は、スポイラー１１を筐体とする車載用アンテナ装置であり、ルーフ２の後端に搭載される。
【００３４】
車体１の側面上側は、ピラー３と、前ドア及び後ろドアに組み付けられた窓ガラス４ａ〜４ｃとにより構成されている。本実施形態に係る車体１において、ピラー３は、Ａピラー３ａ、Ｂピラー３ｂ、Ｃピラー３ｃ、及びＤピラー３ｄにより構成されている。
【００３５】
窓ガラス４ａは、前ドアに対して、開閉自在なように取り付けられている窓である。同様に窓ガラス４ｂは、後ろドアに対して、開閉自在なように取り付けられている窓である。窓ガラス４ｃは、Ｃピラー３ｃとＤピラー３ｄとの間に設けられた窓であって、嵌め殺し式の窓ガラスである。
【００３６】
Ａピラー３ａは、ルーフ２を支持するとともにフロントガラスを支持する。Ｂピラー３ｂは、前ドア及び後ろドアの内側に配置されており、ルーフ２を支持するとともに前ドア及び後ろドアの設置に伴い設けられた開口部の強度を高める。Ｃピラー３ｃ及びＤピラー３ｄは、ルーフ２を支持するとともに窓ガラス４ｃを保持する。
【００３７】
車体１のハッチゲート５は、ハッチゲートパネル５１と、ハッチゲートパネル５１の上方に配置されたリヤガラス５２と、ハッチゲートパネル５１と共にリヤガラス５２を支持する枠体５３とにより構成されている。リヤガラス５２は、運転手からの後方視界を確保すると共に、ウィンドシールドとしても機能する。ハッチゲート５の上端に位置する枠体５３の横柱は、図示しないヒンジによってルーフ２の後端に取り付けられている。
【００３８】
ハッチゲート５の上端に位置する枠体５３は、一対の横柱と一対の縦柱とによって構成されている。一対の横柱のうちルーフ２に近接する側の横柱には、スポイラー固定部５４（請求の範囲に記載のアンテナ固定部）が設けられている。スポイラー固定部５４は、枠体５３の横柱から後方に迫り出した金属部材である。スポイラー固定部５４は、枠体５３と一体に形成された金属部材でもよいし、枠体５３とは別体に成形され枠体５３にボルト等によって固定された金属部材であってもよい。
【００３９】
スポイラー固定部５４には、図示しない固定手段（例えばボルト等）によってスポイラー１１が取り付けられている。スポイラー固定部５４に固定されることによって、スポイラー１１の上面とルーフ２とが面一に並ぶ。スポイラー１１は、車載用アンテナ装置１０の筐体として機能するほかに、車体１の美観を向上させる、車体１の空力特性を改善するなどの機能を有する。スポイラー１１には、放射素子１２が絶縁基板１３上に形成されているフィルムアンテナ１４が内蔵されている。また、スポイラー１１には、ストップランプ１１ａが内蔵されていてもよい。スポイラー１１は、誘電体（例えば樹脂等）からなり、電磁波を透過する。
【００４０】
フィルムアンテナ１４は、スポイラー１１の内部のストップランプ１１ａに干渉しない位置に配置されている。具体的には、フィルムアンテナ１４は、スポイラー１１の左右方向の中心に配置されたストップランプ１１ａを避けて、ストップランプ１１ａの左側に配置されている。換言すれば、放射素子１２は、枠体５３を構成する一対の縦柱のうち一方の縦柱５３ａとストップランプ１１ａとの間に配置されている。縦柱５３ａは、スポイラー固定部５４と導通する金属製の構造体であって、ルーフ２に交わる方向に伸びる構造体である。
【００４１】
〔車載用アンテナ装置１０〕
次に、車載用アンテナ装置１０の構成について、図１の（ｂ）と図２を参照して具体的に説明する。図１の（ｂ）は、車載用アンテナ装置１０を搭載する車体１の一部を拡大した断面図であり、図１の（ａ）に示した放射素子１２を通るｙｚ平面における断面図である。図２は、車載用アンテナ装置１０が備えている放射素子１２を平面に展開した展開図である。
【００４２】
図１の（ｂ）に示すように、車載用アンテナ装置１０は、放射素子１２をスポイラー１１の内部に折り曲げられた状態で載置するように構成されている。具体的には、絶縁基板１３上に放射素子１２が形成されたフィルムアンテナ１４を、放射素子１２が内周側に配置され、絶縁基板１３が外周側に配置されるようにＵ字型（あるいはコの字型）に折り曲げ、スポイラー１１の内部に固定している。スポイラー１１の内部にフィルムアンテナ１４を固定する固定手段の例としては、粘着シート、両面テープや樹脂製のファスナー等が挙げられる。固定手段は、限定されるものではないが、電磁波の送信及び受信を妨げないために導体ではないものからなることが好ましい。放射素子１２の具体的な折り曲げ方などについては、図２を参照しながら後述する。
【００４３】
なお、本実施形態においては、ルーフ２の後端に車載用アンテナ装置１０が搭載される例を用いて説明する。しかし、車載用アンテナ装置１０を搭載するルーフ２の端部は、後端に限定されず、車体の形状及び車載用アンテナ装置１０の筐体（本実施形態においてはスポイラー１１）の形状に応じて適宜変更することができる。
【００４４】
〔放射素子１２〕
放射素子１２は、図２に示すように、絶縁基板１３上に形成されている。絶縁基板１３の一例としては、誘電体フィルム（例えば、ポリイミド）が挙げられるが、これに限定されない。
【００４５】
図２の例では、絶縁基板１３の表面に形成された放射素子１２は、給電部１２ｂと、第１の導体片１２ｃ及び第２の導体片１２ｄとを有している。第１の導体片１２ｃ及び第２の導体片１２ｄは、導体からなる薄板状の部材である。例えば、第１の導体片１２ｃ及び第２の導体片１２ｄとしては、銅箔が用いられるが、これに限定されない。
【００４６】
給電部１２ｂは、図示しない同軸線と導体片１２ｃ，１２ｄとを接続する部位であり、２つの給電点（第１の給電点１２ｂ１，第２の給電点１２ｂ２）からなる。給電部１２ｂには、同軸線の一方の端部が接続可能である。同軸線の他方の端部をチューナーなどの車載機器に接続することによって、車載用アンテナ装置１０は、無線を送受信可能になる。
【００４７】
給電部１２ｂの一方の給電点である第１の給電点１２ｂ１は、第１の導体片１２ｃに接続されており、給電部１２ｂの他方の給電点である第２の給電点１２ｂ２は、第２の導体片１２ｄに接続されている。本実施形態においては、放射素子１２としてダイポールアンテナを採用しているが、ループアンテナ、モノポールアンテナ、及び逆Ｆ型アンテナを放射素子１２として使用してもよい。また、それぞれの放射素子は、本実施形態の導体片１２ｃ，１２ｄのように面状のアンテナパターンであってもよいし、線状のアンテナパターンであってもよい。
【００４８】
本実施形態では、ダイポールアンテナの一例として、第１の導体片１２ｃとして釣鐘型の銅箔を採用し、第２の導体片１２ｄとして矩形の銅箔を採用している。釣鐘型の第１の導体片１２ｃは、矩形の銅箔をベースとしている。釣鐘型の第１の導体片１２ｃは、その矩形の銅箔が有する４つの角のうち第２の導体片１２ｄに近接する２つの角の各々を、四分楕円１２ｃ２及び四分楕円１２ｃ３に置き換えることによって得られる。第１の導体片１２ｃの形状を長方形から釣鐘型に変更することによって、第１の導体片１２ｃの給電点近傍部１２ｃ１と第２の導体片１２ｄとの間隔を連続的に変化させることができる。その結果、放射素子１２の共振周波数を調整することができ、動作帯域を調整することができる。
【００４９】
放射素子１２は、図２に示すＢ−Ｂ’線及びＣ−Ｃ’線に沿って谷折りされ、図１（ｂ）に示すように、Ｕ字型に折り曲げられた状態でスポイラー１１の内部に固定される。また車載用アンテナ装置１０を車体１の後端に搭載したとき、放射素子１２は、第１の給電点１２ｂ１からルーフ２に交わる第１の方向に引き出される部分を有し、かつ放射素子１２の少なくとも一部がルーフ２、又は、車載用アンテナ装置１０をルーフ２の後端に固定するためのアンテナ固定部５４に重畳するように定められている。
【００５０】
本実施形態では、図１の（ｂ）に示すように、車載用アンテナ装置１０を車体１の後端に搭載したときに、（１）第１の導体片１２ｃは、第１の給電点１２ｂ１からルーフ２に交わる方向である車体１の下方向（請求の範囲に記載の第１の方向に相当する）に引き出されており、（２）第２の導体片１２ｄは、第２の給電点１２ｂ２からルーフ２に沿う方向である前方向（請求の範囲に記載の第２の方向に相当する）に引き出されており、（３）放射素子１２の一部である重畳部１２ｄ１がスポイラー固定部５４に重畳している構成を採用している。重畳部１２ｄ１は、第２の導体片１２ｄの中間から終端までの部分である。
【００５１】
第１の導体片１２ｃにおいて、第１の給電点１２ｂ１から下方向に引き出されている部分、すなわち、第１の給電点１２ｂ１に接続されている第１の導体片１２ｃの始端（根元）から、谷折りされる線であるＣ−Ｃ’線までの部分を給電点近傍部１２ｃ１とする。
【００５２】
給電点近傍部１２ｃ１が第１の給電点１２ｂ１から下方向に引き出されているため、給電点近傍部１２ｃ１を流れる電流の方向は、主に上下方向である。したがって、給電点近傍部１２ｃ１は、垂直偏波を放射する。垂直偏波は、ルーフ２を横断するときに、水平偏波と比べてルーフ２による減衰効果を受け難い。給電点近傍部１２ｃ１が垂直偏波を放射することによって、車載用アンテナ装置１０をルーフ２の後端に搭載した場合に、車体１の前方向に対する放射利得が、ルーフ２による減衰効果により損なわれることを抑制することができる。
【００５３】
重畳部１２ｄ１に高周波電流が流れると、スポイラー固定部５４及び縦柱５３ａに誘導電流が流れる。縦柱５３ａは、ルーフ２に交わる方向、すなわち車体１の上下方向に延伸されている。したがって、縦柱５３ａを流れる誘導電流の方向は、主に上下方向である。したがって、縦柱５３ａは、垂直偏波を放射する。すなわち、車載用アンテナ装置１０は、ルーフ２の後端に搭載された場合に、放射素子１２からのみならず縦柱５３ａからも、ルーフ２による減衰効果を受け難い垂直偏波を放射することができる。
【００５４】
詳しくは、図３〜図５を参照して説明するが、車載用アンテナ装置１０における放射素子１２の位置は、車載用アンテナ装置１０を車体１に搭載したときに、縦柱５３ａから放射素子１２までの最短距離が放射素子１２の動作帯域の中心周波数の波長λｏの１／３倍以上２／３倍以下となるように定められている。
【００５５】
発明者らが得た知見によれば、縦柱５３ａから放射素子１２までの最短距離が動作帯域の中心周波数の波長λｏの１／３倍以上２／３倍以下のとき得られる、車体１の前方向（放射素子１２から見てルーフ２を横断する方向）に対する垂直偏波の利得は、縦柱５３ａを省略したときに得られる同利得よりも大きくなる。これは、縦柱５３ａから放射素子１２までの最短距離を動作帯域の中心周波数の波長λｏの１／３倍以上２／３倍以下とすることによって、車体１の前方向に関し、放射素子１２から放射される垂直偏波と縦柱５３ａから放射される垂直偏波とが互いに強め合うように干渉するためであると考えられる。
【００５６】
すなわち、本実施形態に係る車載用アンテナ装置１０によれば、縦柱５３ａを利用して、車体１の前方向に対する垂直偏波の利得を高めた車載用アンテナ装置を実現することができる。そのため、車載用アンテナ装置１０は、ＬＴＥ用の電磁波に代表される波長が短い周波数帯を利用する車載用アンテナ装置としても好適に利用することができる。
【００５７】
また、縦柱５３ａから放射素子１２までの最短距離は、動作帯域の中心周波数の波長λｏの１／２倍であることが好ましい。この構成によれば、縦柱５３ａを利用して、車体１の前方向に対する垂直偏波の利得を更に高めることができる。
【００５８】
なお、本実施形態では、スポイラー１１がスポイラー固定部５４に固定されるものとして説明しているが、スポイラー１１は、ルーフ２に直接固定されていてもよい。スポイラー１１がルーフ２に固定されている場合、車体１の上下方向に伸びるＤピラー３ｄが金属製の構造体として機能する。その場合、車載用アンテナ装置１０における放射素子１２の位置は、車載用アンテナ装置１０を車体１に搭載したときに、Ｄピラー３ｄから放射素子１２までの最短距離が動作帯域の中心周波数の波長λｏの１／３倍以上２／３倍以下となるように定められていればよい。
【００５９】
また、金属製の構造体は、縦柱５３ａ及びＤピラー３ｄのように車体１を構成する部材であることが好ましいが、スポイラー固定部５４又はルーフ２に対して設置され、ルーフ２に交わる方向に伸びる導体板、導体棒、及び導体パイプの何れかであってもよい。
【００６０】
〔放射素子の設置方法〕
本発明の一実施形態に係る設置方法は、以下の３つの条件を満たすように、車載用アンテナ装置１０を車体１のルーフ２の端部に設置する方法である。
【００６１】
条件１：放射素子１２は、一方の給電点からルーフ２に交わる第１の方向に引き出されている。
【００６２】
条件２：放射素子１２の少なくとも一部がルーフ２、又は、車載用アンテナ装置１０をルーフ２の後端に固定するためのアンテナ固定部５４に重畳している。
【００６３】
条件３：ルーフ２又はアンテナ固定部５４と導通する金属製の構造体（本実施形態においては、縦柱５３ａ）であって、ルーフ２に交わる方向に伸びる構造体から放射素子１２までの最短距離Ｄｘが放射素子１２の動作帯域の中心周波数の波長λｏの１／３倍以上２／３倍以下となる。
【００６４】
この設置方法によれば、車載用アンテナ装置１０と同様の効果を奏する。
【００６５】
〔実施例〕
本発明の実施例に係る車載用アンテナ装置１０について、図３〜図５を参照して説明する。図３の（ａ）は、本実施例において、車載用アンテナ装置１０の放射利得を計算するために用いた、車載用アンテナ装置１０を搭載した車体１のモデルの構成を示す上面図である。図３の（ｂ）は、上記モデルの構成を示す側面図である。図４の（ａ）は、図３の（ａ）に示した上記モデルの一部を拡大した上面図である。図４の（ｂ）は、図３の（ｂ）に示した上記モデルの一部を拡大した側面図である。図５は、本実施例に係る車載用アンテナ装置１０の放射利得であって、車体１の前方向に対する放射利得を示すグラフである。
【００６６】
図３及び図４において、放射素子１２と縦柱５３ａとの関係をわかりやすくするために、車載用アンテナ装置１０の筐体であるスポイラー１１は、省略され図示されていない。
【００６７】
図３の（ａ）及び（ｂ）に示されているように、放射素子１２は、ルーフ２の後端であって、車体１の左右方向の中心から左側にオフセットして配置されている。
【００６８】
本実施例において、縦柱５３ａから放射素子１２までの最短距離Ｄｘ、重畳部１２ｄ１の車体１の前後方向に沿う長さＬｙ、及び放射素子１２の下面とスポイラー固定部５４の上面との間隔Ｄｚは、図４の（ａ）及び（ｂ）に示すように定められている。
【００６９】
本実施例においては、Ｌｙ＝６０ｍｍ及びＤｚ＝１０ｍｍを採用したうえで、０ｍｍ≦Ｄｘ≦４００ｍｍの範囲内で最短距離Ｄｘを変化させることによって得られた車載用アンテナ装置１０に関して、図３及び図４に示したモデルを用いてｘｙ平面における垂直偏波の放射利得を計算した。放射素子１２に入力する高周波信号の周波数は、８３２ＭＨｚである。したがって、放射素子１２の動作帯域の中心周波数の波長λｏは、有効数字３桁で表せば３６０ｍｍである。
【００７０】
図５は、図３に示す車体１に搭載した車載用アンテナ装置１０の前方放射利得の最短距離Ｄｘ依存性を示すグラフである。ここで、「前方放射利得」とは、ｘｙ平面における垂直偏波の放射利得をｙ軸正方向に対して±３０°の範囲内で平均化した平均放射利得のことを指す。
【００７１】
また、図５には、比較例として、図６に示す車体１０１に搭載した車載用アンテナ装置１０の前方放射利得を併記している。図６に示す車体１０１は、図３に示す車体１からピラー３ａ〜３ｄ及び縦柱５３ａを取り去ったものである。なお、図６に示す車体１０１に搭載した車載用アンテナ装置１０についても、Ｌｙ＝６０ｍｍ及びＤｚ＝１０ｍｍを採用している。
【００７２】
図３に示す車体１に搭載した車載用アンテナ装置１０の前方放射利得は、Ｄｘ＝１７５ｍｍにおいて極大値を示した。一方、図６に示す車体１０１に搭載した車載用アンテナ装置１０の前方放射利得は、Ｄｘが０ｍｍから大きくなるにしたがっておおよそ単調に減少した。
【００７３】
図５に示すグラフによれば、縦柱５３ａから放射素子１２までの最短距離Ｄｘを放射素子１２の動作帯域の中心周波数の波長λｏの概ね１／３倍以上２／３倍以下（より正確には３６．１％以上６９．４％）としたときに得られる前方放射利得は、縦柱５３ａを省略したときに得られる前方放射利得よりも大きくなることが分かる。これは、縦柱５３ａから放射素子１２までの最短距離Ｄｘを放射素子１２の動作帯域の中心周波数の波長λｏの１／３倍以上２／３倍以下とすることによって、放射素子１２から前方に放射される垂直偏波と縦柱５３から前方に放射される垂直偏波とが互いに強め合うように干渉するためであると考えられる。
【００７４】
また、図５に示すグラフによれば、縦柱５３ａから放射素子１２までの最短距離Ｄｘを放射素子１２の動作帯域の中心周波数の波長λｏの概ね１／２倍（より正確には４８．６％）としたときに、前方放射利得が最大になることが分かる。
【００７５】
〔第１の変形例〕
実施例に係る車載用アンテナ装置１０の第１の変形例に関して、図７を参照して説明する。図７は、本変形例の車載用アンテナ装置１０の前方放射利得の最短距離Ｄｘ依存性と、実施例に係る車載用アンテナ装置１０の前方放射利得の最短距離Ｄｘ依存性とを示すグラフである。
【００７６】
本変形例の車載用アンテナ装置１０は、実施例の車載用アンテナ装置１０において、間隔Ｄｚを１０ｍｍから５ｍｍに変更することによって得られた。すなわち、本変形例においては、Ｌｙ＝６０ｍｍ及びＤｚ＝５ｍｍを採用したうえで、１００ｍｍ≦Ｄｘ≦３００ｍｍの範囲内で最短距離Ｄｘを変化させることによって得られた車載用アンテナ装置１０に関して、図３及び図４に示したモデルを用いて前方放射利得を計算した。
【００７７】
図７に示すグラフによれば、本変形例の車載用アンテナ装置１０の前方放射利得は、１００ｍｍ≦Ｄｘ≦３００ｍｍの全域において、実施例の車載用アンテナ装置１０の前方放射利得よりも大きくなることが分かる。したがって、本実施形態の車載用アンテナ装置１０において、間隔Ｄｚは、１０ｍｍに限定されるものではなく適宜設定できることが分かる。
【００７８】
間隔Ｄｚを１０ｍｍから５ｍｍに変更することによって車載用アンテナ装置１０の前方放射利得が高められた理由は、放射素子１２がスポイラー固定部５４に近づくためにスポイラー固定部５４及び縦柱５３ａに流れる誘導電流が大きくなり、縦柱５３ａから放射される垂直偏波成分が大きくなったためと考えられる。
【００７９】
〔第２〜第３の変形例〕
実施例に係る車載用アンテナ装置１０の第２の変形例及び第３の変形例に関して、図８を参照して説明する。図８は、第２の変形例の車載用アンテナ装置１０、及び、第３の変形例の車載用アンテナ装置１０の前方放射利得の最短距離Ｄｘ依存性を示すグラフである。
【００８０】
第２の変形例の車載用アンテナ装置１０は、実施例の車載用アンテナ装置１０において、長さＬｙを６０ｍｍから７０ｍｍに変更することによって得られた。すなわち、第２の変形例においては、Ｌｙ＝７０ｍｍ及びＤｚ＝１０ｍｍを採用したうえで、０ｍｍ≦Ｄｘ≦４００ｍｍの範囲内で最短距離Ｄｘを変化させることによって得られた車載用アンテナ装置１０に関して、図３及び図４に示したモデルを用いて前方放射利得を計算した。
【００８１】
また、第３の変形例の車載用アンテナ装置１０は、実施例の車載用アンテナ装置１０において、長さＬｙを６０ｍｍから５０ｍｍに変更することによって得られた。すなわち、第３の変形例においては、Ｌｙ＝５０ｍｍ及びＤｚ＝１０ｍｍを採用したうえで、０ｍｍ≦Ｄｘ≦４００ｍｍの範囲内で最短距離Ｄｘを変化させることによって得られた車載用アンテナ装置１０に関して、図３及び図４に示したモデルを用いて前方放射利得を計算した。
【００８２】
図８に示した前方放射利得によれば、第２の変形例の車載用アンテナ装置１０の前方放射利得、及び、第３の変形例の車載用アンテナ装置の前方放射利得の各々は、実施例の車載用アンテナ装置の前方放射利得と比較して、若干下がるものの同様の傾向を示すことが分かる。したがって、本実施形態の車載用アンテナ装置１０において、長さＬｙは、６０ｍｍに限定されるものではなく適宜設定できることが分かる。
【００８３】
なお、実施例、第２の変形例、及び第３の変形例の車載用アンテナ装置１０の前方放射利得に鑑みると、重畳部１２ｄ１の車体１の前後方向に沿う長さＬｙは、６０ｍｍであることが好ましい。換言すると、長さＬｙは、動作帯域の中心周波数の波長λｏの１／３倍であることが好ましい。この構成によれば、縦柱５３ａを利用して、車体１の前方向に対する垂直偏波の前方放射利得を更に高めることができることが分かった。
【００８４】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明は、車体のルーフの端部に配置される車載用アンテナ装置に利用することができる。また、本発明は、車体のルーフの端部に、車載用アンテナ装置が備えている放射素子を設置する放射素子の設置方法に利用することができる。
【符号の説明】
【００８６】
１０      車載用アンテナ装置
１１      スポイラー（筐体）
１２      放射素子
１２ｂ    給電部
１２ｂ１  第１の給電点（一方の給電点）
１２ｂ２  第２の給電点（他方の給電点）
１２ｃ    第１の導体片
１２ｃ１  給電点近傍部
１２ｄ    第２の導体片
１２ｄ１  重畳部
１３      絶縁基板
１４      フィルムアンテナ
１      車体
２      ルーフ
３      ピラー
３ａ〜３ｄ  Ａピラー〜Ｄピラー
４ａ〜４ｃ      窓ガラス
５      ハッチゲート
５１      ハッチゲートパネル
５２      リヤガラス
５３      枠体
５３ａ    縦柱
５４      スポイラー固定部（アンテナ固定部）
【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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