(57)【要約】【課題】小型であっても、アンテナ性能を向上する技術を提供する。【解決手段】第１給電素子２００は、第１の周波数で共振する。第２給電素子２０４は、第１の周波数より高い第２の周波数で共振する。グランド素子２０２は、第１給電素子２００に略直交して配置され、第１給電素子２００と第２給電素子２０４に対して共通のグランドになる。無給電素子２０６は、第２給電素子２０４に対して略直交して配置され、第２給電素子２０４と電気的に結合される。第１給電素子２００の長手方向の長さは、第２の周波数の半波長よりも長い。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の周波数で共振する第１給電素子と、
第１の周波数より高い第２の周波数で共振する第２給電素子と、
前記第１給電素子に略直交して配置され、前記第１給電素子と前記第２給電素子に対して共通のグランド素子と、
前記第２給電素子に対して略直交して配置され、前記第２給電素子と電気的に結合された無給電素子とを備え、
前記第１給電素子の長手方向の長さは、第２の周波数の半波長よりも長いことを特徴とするアンテナ。
【請求項２】
前記第１給電素子と前記グランド素子とは、前記第２給電素子の周囲に配置されることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
前記第１給電素子と第２給電素子との最小間隔は、第２の周波数の４分の１波長以内であることを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ。
【請求項４】
前記グランド素子と前記第１給電素子のいずれかと前記第２給電素子とのなす角度は、５度以上４５度以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のアンテナ。
【請求項５】
前記第１給電素子と前記グランド素子と前記第２給電素子と前記無給電素子は、光透過率８０％以上の透明導電材料にて形成されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のアンテナ。
【請求項６】
前記第１給電素子は、車両のガラスにおいて、車両のルーフ端部に対して略直交に配置されることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のアンテナ。
【請求項７】
車両のルーフ端部に接続されたガラスと、
前記ガラスに取り付けられるアンテナとを備え、
前記アンテナは、
第１の周波数で共振する第１給電素子と、
第１の周波数より高い第２の周波数で共振する第２給電素子と、
前記第１給電素子に略直交して配置され、前記第１給電素子と前記第２給電素子に対して共通のグランド素子と、
前記第２給電素子に対して略直交して配置され、前記第２給電素子と電気的に結合された無給電素子とを備え、
前記第１給電素子の長手方向の長さは、第２の周波数の半波長よりも長く、
前記第１給電素子は、ルーフ端部に対して略直交に配置されることを特徴とする車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナ技術に関し、特に複数の周波数に対応したアンテナおよびそれを利用した車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のような車両に用途や受信周波数の異なる複数のアンテナを設置する場合、配置スペースを小さくするために、各アンテナのアンテナエレメントが１つの基板上に統合される。例えば、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）帯の円偏波用アンテナの外側に、ＤＴＶ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ）帯のループアンテナが配置される（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２８３８５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
２重ループ構造とすることによって、アンテナのサイズは小さくなるが、ＤＴＶ帯用に１波長ループアンテナを使用しているので、帯域幅が狭くなってしまう。帯域幅が小さくなると、アンテナ性能が悪化する。
【０００５】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型であっても、アンテナ性能を向上する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のある態様のアンテナは、第１の周波数で共振する第１給電素子と、第１の周波数より高い第２の周波数で共振する第２給電素子と、第１給電素子に略直交して配置され、第１給電素子と第２給電素子に対して共通のグランド素子と、第２給電素子に対して略直交して配置され、第２給電素子と電気的に結合された無給電素子とを備える。第１給電素子の長手方向の長さは、第２の周波数の半波長よりも長い。
【０００７】
本発明の別の態様は、車両である。この車両は、車両のルーフ端部に接続されたガラスと、ガラスに取り付けられるアンテナとを備える。アンテナは、第１の周波数で共振する第１給電素子と、第１の周波数より高い第２の周波数で共振する第２給電素子と、第１給電素子に略直交して配置され、第１給電素子と第２給電素子に対して共通のグランド素子と、第２給電素子に対して略直交して配置され、第２給電素子と電気的に結合された無給電素子とを備える。第１給電素子の長手方向の長さは、第２の周波数の半波長よりも長く、第１給電素子は、ルーフ端部に対して略直交に配置される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、小型であっても、アンテナ性能を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例に係るアンテナが搭載された車両の外観を示す図である。
【図２】図１のアンテナの正面図である。
【図３】図１の別のアンテナの正面図である。
【図４】図４（ａ）−（ｂ）は、図１のさらに別のアンテナの正面図である。
【図５】図２のアンテナにおける素子長Ｌ１対効率の特性を示す図である。
【図６】図６（ａ）−（ｂ）は、図２のアンテナにおける素子長Ｌ１対右旋偏波利得、軸比の特性を示す図である。
【図７】図２のアンテナにおける角度α対右旋偏波利得の特性を示す図である。
【図８】図１の回路基板の斜視図である。
【図９】図８の回路基板の正面図である。
【図１０】図２のアンテナの比較対象となるアンテナの正面図である。
【図１１】図２のアンテナが使用される通信システムの構成を示す図である。
【図１２】図１２（ａ）−（ｄ）は、図１１の通信システムにおいて規定されるフレームのフォーマットを示す図である。
【図１３】図１１の車両に搭載された車載用端末装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施例を具体的に説明する前に、本実施例の概略を説明する。実施例は、透明フィルム上に設けられ、かつ車両に設置されたアンテナに関する。本実施例に係るアンテナは、ＧＰＳ、ＤＴＶ、ＩＴＳ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ  Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）に対応する。ここで、ＧＰＳには、１５７５．４２±３ＭＨｚ（１．５７５ＧＨｚ帯）の円偏波が使用され、ＤＴＶには、４７０〜７１０ＭＨｚの直線偏波が使用され、ＩＴＳには、７５５．５〜７６４．５ＭＨｚ（７６５ＭＨｚ帯）の直線偏波が使用される。
【００１１】
無線システムの数が増加する中、フロントガラスには複数のアンテナを設置することが想定されるが、運転者の視認性の制限を考慮すると、アンテナの小型化および高性能化が必要とされる。アンテナの小型化は、複数の無線システムに対応したアンテナ素子を高密度に配置することにより実現される。しかしながら、複数のアンテナを高密度に配置した場合、複数のアンテナ間で互いに結合し良好なアンテナ特性が得られない。一方、前述のごとく、２重ループ構造とすると、１波長ループアンテナ形状になってしまうので、ＤＴＶ帯およびＩＴＳ帯で帯域が狭くなってしまい、それらの特性が悪化してしまう。これに対応するために、本実施例に係るアンテナは、面状のモノポールアンテナによって構成される。
【００１２】
図１は、本発明の実施例に係るアンテナ１０２が搭載された車両１２の外観を示す。車両１２は、ルーフ１５０、フロントガラス１５２、ピラー部１５４を含む。フロントガラス１５２は、ルーフ１５０の端部に接続されるとともに、ピラー部１５４にも接続される。ここでは、フロントガラス１５２に沿って、ルーフ１５０から離れていく方向を「Ｘ軸方向」とし、フロントガラス１５２から垂直に離れていく方向を「Ｚ軸方向」とし、ルーフ１５０の端部と平行であり、かつＸ軸およびＹ軸に垂直な方向を「Ｙ軸方向」とする。車両１２のフロントガラス１５２には、アンテナ１０２、回路基板１１０が取り付けられている。具体的に説明すると、フロントガラス１５２から車内へ向かって、アンテナ１０２、回路基板１１０の順に配置される。
【００１３】
アンテナ１０２は、回路基板１１０に接続されるが、詳細は後述する。回路基板１１０には、第１同軸ケーブル１５６、第２同軸ケーブル１５８の一端が接続される。第１同軸ケーブル１５６、第２同軸ケーブル１５８の他端は、図示しない車載用端末装置に接続される。このような構成によって、アンテナ１０２は、ＤＴＶおよびＧＰＳの信号を受信し、それらを回路基板１１０に出力する。また、回路基板１１０は、受信した信号に所定の処理を実行し、ＤＴＶの信号を第１同軸ケーブル１５６経由で車載用端末装置に出力し、ＧＰＳの信号を第２同軸ケーブル１５８経由で車載用端末装置に出力する。さらに、アンテナ１０２、回路基板１１０、第２同軸ケーブル１５８、車載用端末装置によって、ＩＴＳの信号が送受信される。
【００１４】
図２は、アンテナ１０２の正面図であり、車両１２の外から見た場合の正面図である。アンテナ１０２は、透明フィルム２１４、および透明フィルム２１４上に設けられた第１給電素子２００、グランド素子２０２、第２給電素子２０４、無給電素子２０６を含む。また、第１給電素子２００は、第１給電パッド２０８を含み、グランド素子２０２は、グランドパッド２１２を含み、第２給電素子２０４は、第２給電パッド２１０を含む。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、図示の方向に規定され、これらは、図１に対応する。
【００１５】
第１給電素子２００は、Ｘ軸方向に長い矩形状を有し、ＤＴＶ／ＩＴＳの周波数である４７０〜７６４．５ＭＨｚ（７６５ＭＨｚ帯）で共振する。以下では、これらの周波数を第１の周波数ともいう。第１給電素子２００のＸ軸方向の長さ（素子長）はＬ１であるが、これについては後述する。第１給電素子２００のＸ軸の負方向側の端部には、第１給電パッド２０８が設けられ、第１給電パッド２０８は、図示しない回路基板１１０に接続される。
【００１６】
グランド素子２０２は、Ｙ軸方向に長い矩形状を有する。グランド素子２０２は、第１給電素子２００に対して、Ｘ軸の負方向側に離間した位置に略直交して配置される。「略」は、誤差の範囲でずれていてもよいという意味である。第１給電素子２００とグランド素子２０２とは、Ｌ字ダイポールアンテナを構成する。グランド素子２０２のＹ軸の正方向側の端部には、グランドパッド２１２が設けられ、グランドパッド２１２は、図示しない回路基板１１０に接続される。グランド素子２０２の長さは、第１給電素子２００の長さより短くされる。好ましくは、グランド素子２０２の長さは、第１給電素子２００の長さの約半分とされる。また、グランド素子２０２の素子幅は、第１給電素子２００の素子幅とほぼ同じにされる。
【００１７】
第２給電素子２０４は、矩形状を有し、ＧＰＳの周波数である１５７５．４２±３ＭＨｚ（１．５７５ＧＨｚ帯）で共振する。以下では、この周波数を第２の周波数ともいう。第２給電素子２０４のＸ軸の負方向側およびＹ軸の正方向側の端部には、第２給電パッド２１０が設けられ、第２給電パッド２１０は、図示しない回路基板１１０に接続される。このように、第１給電素子２００とグランド素子２０２は、第２給電素子２０４の周囲に配置される。具体的に説明すると、第２給電素子２０４は、略直交して配置された第１給電素子２００とグランド素子２０２との間に配置され、第１給電素子２００およびグランド素子２０２のそれぞれと鋭角をなす。また、第２給電素子２０４の長さは、グランド素子２０２の長さよりも長くされる。また、第１給電素子２００と第２給電素子２０４との最小間隔は、第２の周波数の４分の１波長以内にされる。
【００１８】
無給電素子２０６は、矩形状を有し、第２給電パッド２１０が配置されていない第２給電素子２０４の端部から離間して配置される。無給電素子２０６は、第２給電素子２０４に対して略直交して配置されることによって、第２給電素子２０４と無給電素子２０６でＬ字を形成する。第２給電素子２０４と無給電素子２０６との間には、ギャップＧ１が設けられるので、第２給電素子２０４と無給電素子２０６は容量的に結合する。これにより、無給電素子２０６は、第２給電素子２０４に電気的に結合される。例えば、ギャップＧ１が狭い程、これらの間の容量結合度は高くなる。また、無給電素子２０６の長さは、第２給電素子２０４の長さよりも長くされ、且つ、グランド素子２０２の長さよりも短くされる。また、無給電素子２０６の素子幅は、第２給電素子２０４の素子幅とほぼ同じにされる。また、第２給電素子２０４の素子幅と無給電素子２０６の素子幅は、いずれもグランド素子２０２の素子幅と第１給電素子２００の素子幅の約半分とされる。
【００１９】
第２給電素子２０４の長さ、無給電素子２０６の長さ、ギャップＧ１の３種類のパラメータが調整されると、略直交する第２給電素子２０４と無給電素子２０６に流れるアンテナ電流の向きが位相（時間）によって変わる。つまり、アンテナ１０２から放射する方向、つまりＺ軸の正方向を見て、時間とともに電流が右回転するように３種類のパラメータを調整することによって、アンテナ１０２は、右旋円偏波アンテナとして動作する。なお、グランド素子２０２は、第１給電素子２００と第２給電素子２０４に対して共通のグランドになる。
【００２０】
第１給電素子２００、グランド素子２０２、第２給電素子２０４、無給電素子２０６は、ポリエチレンテレフタラート樹脂（ＰＥＴ樹脂）等からなる透明フィルム２１４上に配置され、可視領域における全光線透過率（光透過率）が８０％以上の透明導電材料にて形成される。ここで、全光線透過率とは、平行入射光束に対する全透過光束の割合である。第１給電素子２００、グランド素子２０２、第２給電素子２０４、無給電素子２０６は、透明フィルム２１４上に形成された厚み２μmの黒色化銅箔をメッシュ状（格子状）にエッチング加工することによって形成される。エッチング加工では、例えば、メッシュ線幅を１５μm、メッシュ間隔を９００μmとしている。
【００２１】
図３は、別のアンテナ１０２の正面図である。アンテナ１０２は、図２と同様の構成要素を含む。第１給電素子２００、グランド素子２０２は、図２と比較して、Ｘ軸を対象に反した位置に配置される。また、第２給電素子２０４は、図２と同様に、第１給電素子２００とグランド素子２０２との間に配置され、第１給電素子２００およびグランド素子２０２のそれぞれと鋭角をなす。さらに、第２給電素子２０４と無給電素子２０６との相対的な位置関係は、図２と同様である
【００２２】
図４（ａ）−（ｂ）は、さらに別のアンテナ１０２の正面図である。図４（ａ）−（ｂ）において、第１給電素子２００、グランド素子２０２は、図２と同様に配置される。一方、第２給電素子２０４と無給電素子２０６は、略直交して配置された第１給電素子２００とグランド素子２０２との間には配置されず、第１給電素子２００とグランド素子２０２とで構成されるＬ字ダイポールアンテナの外周に配置される。図４（ａ）において、第２給電素子２０４は、Ｌ字ダイポールアンテナの外周において第１給電素子２００よりもＹ軸の正方向側に配置される。この場合においても、ＧＰＳ帯およびＩＴＳ／ＤＴＶ帯において良好なアンテナ性能が得られる。
【００２３】
図４（ｂ）において、第２給電素子２０４は、Ｌ字ダイポールアンテナの外周において第１給電素子２００よりもＸ軸の負方向側に配置される。この場合においても、ＧＰＳ帯およびＩＴＳ／ＤＴＶ帯において良好なアンテナ性能が得られる。このように第２給電素子２０４と無給電素子２０６との間の相対的な位置関係が図２と同一であればよく、第１給電素子２００に対する第２給電素子２０４の角度は、自由に選択される。
【００２４】
図５は、アンテナ１０２における素子長Ｌ１対効率の特性を示す。第１給電素子２００の長手方向の素子長がＬ１とする。このＬ１の長さを変化させた場合のＩＴＳ／ＤＴＶ帯のアンテナ性能が図５に示される。横軸は、第２の周波数の波長λ２との比によってＬ１の長さを示す。この波長は、真空中の光速(約３．０×１０８［ｍ／ｓ］)を周波数［Ｈｚ］で除算した値であり、例えば、周波数１．５７５［ＧＨｚ］の電波の波長は、約１９［ｃｍ］である。縦軸は、第１給電パッド２０８に電力が送受信した場合のアンテナの放射効率を示す。その際、アンテナの放射効率は、ＩＴＳ／ＤＴＶ帯の帯域内放射効率の平均値を示す。図５に示す放射効率は、図２に示す素子形状に対して、電磁界シミュレーションを実行することによって得られた解析結果である。図５に示すように素子長Ｌ１が０．５λ２になる場合、放射効率が低くなる。これは、素子長Ｌ１が短すぎることによって、ＩＴＳ／ＤＴＶ帯の周波数において共振が発生しないからである。そのため、第１給電素子２００の長手方向の長さに対応する素子長Ｌ１は、第２の周波数の半波長よりも長くされる。
【００２５】
図６（ａ）−（ｂ）は、アンテナ１０２における素子長Ｌ１対右旋偏波利得、軸比の特性を示す。図６（ａ）−（ｂ）の横軸は、図５と同様に、第２の周波数の波長λ２との比によってＬ１の長さを示す。図６（ａ）の縦軸は、第２給電パッド２１０に電力が受信した場合のＧＰＳ帯の性能を示し、図２におけるＺ軸の正方向における右旋偏波利得を示す。一方、図６（ｂ）の縦軸は、図６（ａ）と同様に、Ｚ軸の正方向におけるＧＰＳ帯の軸比を示す。なお、軸比が０ｄＢに近くなるほど、特性がよいといえる。図６（ａ）−（ｂ）に示すように、素子長Ｌ１が０．５λ２である場合、利得が低く軸比特性が高くなる。これは、第２給電素子２０４と第１給電素子２００が結合し、第１給電素子２００が無給電素子として動作することによって、第１給電素子２００からの放射が第２給電素子２０４からの放射を阻害するためである。そのため、前述のごとく、第１給電素子２００の長手方向の長さに対応する素子長Ｌ１は、第２の周波数の半波長よりも長くされる。
【００２６】
図７は、アンテナ１０２における角度α対右旋偏波利得の特性を示す。ここでは、図２のように、第２給電素子２０４とグランド素子２０２とのなす角度をαとする。横軸は、第２給電素子２０４とグランド素子２０２のなす角度αを示す。また、縦軸は、第２給電パッド２１０に電力が受信した場合のＺ軸の正方向におけるＧＰＳ帯の右旋偏波利得を示す。図７に示すように、角度αが５ｄｅｇ．以下である場合、利得が低下している。これは、第２給電素子２０４とグランド素子２０２とが近接し、第２給電素子２０４の放射抵抗が低下するからである。図７では、第２給電素子２０４とグランド素子２０２とのなす角度が変化した場合の利得を示したが、第２給電素子２０４と第１給電素子２００とのなす角度の場合においても、同様の傾向となる。つまり、グランド素子２０２と第１給電素子２００のいずれかと第２給電素子２０４とのなす角度は、５〜４５ｄｅｇ．にされるべきである。
【００２７】
図８は、回路基板１１０の斜視図である。回路基板１１０は、グランド１１２、第１給電端子１１４、グランド端子１１６、第２給電端子１１８を含む。第１同軸ケーブル１５６、第２同軸ケーブル１５８は、回路基板１１０に接続される。回路基板１１０の一面側の一部にグランド１１２が配置される。グランド１１２には、グランド端子１１６が設けられる。また、回路基板１１０の一面側には、第１給電端子１１４、第２給電端子１１８も設けられる。第１給電端子１１４、第２給電端子１１８、グランド端子１１６は、第１給電パッド２０８、第２給電パッド２１０、グランドパッド２１２にそれぞれ接続される。
【００２８】
図９は、回路基板１１０の正面図である。回路基板１１０は、グランド１１２、第１給電端子１１４、第２給電端子１１８、ＧＰＳ帯整合回路４００、ＧＰＳ帯通過フィルタ４０２、第１ＬＮＡ４０４、ＩＴＳ／ＤＴＶ帯遮断フィルタ４０６、ＩＴＳ帯通過フィルタ４０８、ＧＰＳ帯遮断フィルタ４１０、ＩＴＳ／ＤＴＶ帯整合回路４１２、低域通過フィルタ４１４、第２ＬＮＡ４１６を含む。ＧＰＳ帯整合回路４００は、第２給電端子１１８に接続され、第２給電端子１１８を介して図示しない第２給電パッド２１０からの信号を入力する。ＧＰＳ帯通過フィルタ４０２は、ＧＰＳ帯整合回路４００に接続され、ＧＰＳ帯整合回路４００からの信号を入力する。ＧＰＳ帯通過フィルタ４０２は、ＧＰＳ帯の信号を通過させ、その他の帯域を遮断する。第１ＬＮＡ４０４はＬＮＡ（Ｌｏｗ  Ｎｏｓｉｅ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）である。第１ＬＮＡ４０４は、ＧＰＳ帯通過フィルタ４０２に接続され、ＧＰＳ帯通過フィルタ４０２からの信号を増幅する。ＩＴＳ／ＤＴＶ帯遮断フィルタ４０６は、第１ＬＮＡ４０４に接続されＩＴＳ／ＤＴＶ帯の信号を遮断する。
【００２９】
ＩＴＳ／ＤＴＶ帯整合回路４１２は、第１給電端子１１４に接続され、第１給電端子１１４を介して図示しない第１給電パッド２０８との間で信号を入出力する。ＩＴＳ／ＤＴＶ帯整合回路４１２と第１同軸ケーブル１５６との間に低域通過フィルタ４１４、第２ＬＮＡ４１６が直列に接続される。低域通過フィルタ４１４は、ＤＴＶ帯以下の低域成分を通過させ、第２ＬＮＡ４１６は、第１ＬＮＡ４０４と同様のＬＮＡであり、信号を増幅する。第１同軸ケーブル１５６にはＤＴＶ帯の信号が伝送される。また、ＩＴＳ／ＤＴＶ帯整合回路４１２には、ＩＴＳ帯通過フィルタ４０８、ＧＰＳ帯遮断フィルタ４１０も直列に接続される。ＩＴＳ帯通過フィルタ４０８は、ＩＴＳ帯域の信号を通過させ、ＧＰＳ帯遮断フィルタ４１０はＧＰＳ帯域の信号を遮断させる。第２同軸ケーブル１５８は、ＧＰＳ帯の信号、ＩＴＳ帯の信号を伝送する。
【００３０】
ここで、図１に示す車両１２のフロントガラス１５２にアンテナ１０２を配置する場合のアンテナの向きについて示す。フロントガラス１５２にアンテナ１０２を配置する場合、運転者の視認性を阻害しないようにするために、図１に示すルーフ１５０の近傍にアンテナ１０２が配置される場合が多い。ルーフ１５０は、金属で構成されているので、アンテナ１０２とルーフ１５０が電気的に接続され、ルーフ１５０の端部に強い電流が流れることによって、車両１２の金属部分から放射される場合がある。この場合、車両１２の車種によってルーフ１５０の形状が異なるので、車種に応じてアンテナ１０２の最適設計を行う必要があり設計が困難となる。したがって、車種によってアンテナ性能が変化しないように、アンテナ１０２とルーフ１５０の端部との電気的な接続が弱い方が好ましい。
【００３１】
図１０は、アンテナ１０２の比較対象となるアンテナ２５０の正面図である。アンテナ２５０は、図２のアンテナ１０２での向きに対して９０度回転しているが、アンテナ２５０の素子形状は、アンテナ１０２の素子形状と同一である。アンテナ２５０を車両１２に配置した場合、第１給電素子２００は、図１に示すルーフ１５０とＹ方向において平行となる。また、アンテナ２５０の素子形状の場合、第１給電素子２００がＹ方向に長いので、ルーフ１５０と電気的に接続しやすい。
【００３２】
一方、図２におけるアンテナ１０２の向きの場合、素子長が長い第１給電素子２００がルーフ１５０の端部に対して直交するので、ルーフ１５０の端部との電気的な接続が弱くなる。また、グランド素子２０２は、ルーフ１５０の端部とＹ方向において平行になるが、グランド素子２０２の長さは、第１給電素子２００の長さよりも短いので、アンテナ２５０の場合に比べてルーフ１５０との電気的な接続が弱くなる。その結果、車種によってアンテナ性能が変化しにくくなる。つまり、第１給電素子２００は、車両１２のフロントガラス１５２において、車両１２のルーフ１５０の端部に対して略直交に配置される。
【００３３】
図１１は、アンテナ１０２が使用される通信システム１００の構成を示す。通信システム１００は、ＩＴＳに相当する。これは、１つの交差点を上方から見た場合に相当する。通信システム１００は、基地局装置１０、車両１２と総称される第１車両１２ａ、第２車両１２ｂ、第３車両１２ｃ、第４車両１２ｄ、第５車両１２ｅ、第６車両１２ｆ、第７車両１２ｇ、第８車両１２ｈ、第９車両１２ｉ、第１０車両１２ｊ、ネットワーク２０を含む。ここでは、第１車両１２ａのみに示しているが、各車両１２には、車載用端末装置１４が搭載されている。車載用端末装置１４内にアンテナ４０が含まれている。また、エリア２２が、基地局装置１０の周囲に形成され、エリア外２４が、エリア２２の外側に形成されている。なお、アンテナ４０は、例えば、アンテナ１０２の一部（図２の第１給電素子２００、グランド素子２０２）に相当する。
【００３４】
図示のごとく、図面の水平方向、つまり左右の方向に向かう道路と、図面の垂直方向、つまり上下の方向に向かう道路とが中心部分で交差している。ここで、図面の上側が方角の「北」に相当し、左側が方角の「西」に相当し、下側が方角の「南」に相当し、右側が方角の「東」に相当する。また、２つの道路の交差部分が「交差点」である。第１車両１２ａ、第２車両１２ｂが、左から右へ向かって進んでおり、第３車両１２ｃ、第４車両１２ｄ、第９車両１２ｉ、第１０車両１２ｊが、右から左へ向かって進んでいる。また、第５車両１２ｅ、第６車両１２ｆが、上から下へ向かって進んでおり、第７車両１２ｇ、第８車両１２ｈが、下から上へ向かって進んでいる。第９車両１２ｉと第１０車両１２ｊのみエリア外２４に存在し、それ以外の車両はエリア２２内に存在する。
【００３５】
通信システム１００において、基地局装置１０は、交差点に固定して設置される。基地局装置１０は、端末装置間の通信を制御する。基地局装置１０は、図示しないＧＰＳ衛星から受信した信号、あるいは図示しない他の基地局装置１０にて形成されたフレームをもとに、複数のサブフレームが含まれたフレームを繰り返し生成する。ここで、各サブフレームの先頭部分に路車送信期間が設定可能であるような規定がなされている。
【００３６】
基地局装置１０は、フレーム中の複数のサブフレームのうち、他の基地局装置１０によって路車送信期間が設定されていないサブフレームを選択する。基地局装置１０は、選択したサブフレームの先頭部分に路車送信期間を設定する。基地局装置１０は、設定した路車送信期間においてパケット信号を報知する。路車送信期間において、複数のパケット信号が報知されることもある。また、パケット信号には、例えば、事故情報、渋滞情報、信号情報等が含まれる。なお、パケット信号には、路車送信期間が設定されたタイミングに関する情報およびフレームに関する制御情報も含まれる。
【００３７】
図１２（ａ）−（ｄ）は、通信システム１００において規定されるフレームのフォーマットを示す。図１０（ａ）は、フレームの構成を示す。フレームは、第１サブフレームから第Ｎサブフレームと示されるＮ個のサブフレームによって形成されている。これは、車載用端末装置１４が報知に使用可能なサブフレームを複数時間多重することによってフレームが形成されているといえる。例えば、フレームの長さが１００ｍｓｅｃであり、Ｎが１６である場合、６．２５ｍｓｅｃの長さのサブフレームが規定される。Ｎは、１６以外であってもよい。
【００３８】
図１０（ｂ）は、図示しない第１基地局装置１０ａによって生成されるフレームの構成を示す。第１基地局装置１０ａは、第１サブフレームの先頭部分に路車送信期間を設定する。また、第１基地局装置１０ａは、第１サブフレームの路車送信期間を除く期間と、第２サブフレームから第Ｎサブフレームに車車送信期間を設定する。車車送信期間とは、車載用端末装置１４がパケット信号を報知可能な期間である。つまり、第１基地局装置１０ａは、第１サブフレームの先頭期間である路車送信期間においてパケット信号を報知可能であり、かつフレームのうち、路車送信期間以外の車車送信期間において車載用端末装置１４がパケット信号を報知可能であるような規定がなされる。
【００３９】
図１０（ｃ）は、図示しない第２基地局装置１０ｂによって生成されるフレームの構成を示す。第２基地局装置１０ｂは、第２サブフレームの先頭部分に路車送信期間を設定する。また、第２基地局装置１０ｂは、第２サブフレームの路車送信期間を除く期間と、第１サブフレーム、第３サブフレームから第Ｎサブフレームに車車送信期間を設定する。図１０（ｄ）は、図示しない第３基地局装置１０ｃによって生成されるフレームの構成を示す。第３基地局装置１０ｃは、第３サブフレームの先頭部分に路車送信期間を設定する。また、第３基地局装置１０ｃは、第３サブフレームの路車送信期間を除く期間と、第１サブフレーム、第２サブフレーム、第４サブフレームから第Ｎサブフレームに車車送信期間を設定する。このように、複数の基地局装置１０は、互いに異なったサブフレームを選択し、選択したサブフレームの先頭部分に路車送信期間を設定する。図３に戻る。
【００４０】
車載用端末装置１４は、前述のごとく、車両１２に搭載され移動可能である。車載用端末装置１４は、基地局装置１０からのパケット信号を受信すると、エリア２２に存在すると推定する。車載用端末装置１４は、エリア２２に存在する場合、パケット信号に含まれた制御情報、特に路車送信期間が設定されたタイミングに関する情報およびフレームに関する情報をもとに、フレームを生成する。その結果、複数の車載用端末装置１４のそれぞれにおいて生成されるフレームは、基地局装置１０において生成されるフレームに同期する。車載用端末装置１４は、車車送信期間においてパケット信号を報知する。ここで、車車送信期間においてＣＳＭＡ／ＣＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｓｅｎｓｅ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ  ｗｉｔｈ  Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ  Ａｖｏｉｄａｎｃｅ）が実行される。一方、車載用端末装置１４は、エリア外２４に存在していると推定した場合、フレームの構成に関係なく、ＣＳＭＡ／ＣＡを実行することによって、パケット信号を報知する。
【００４１】
図１３は、車両１２に搭載された車載用端末装置１４の構成を示す。車載用端末装置１４は、アンテナ４０、ＲＦ部４２、変復調部４４、処理部４６、制御部４８を含み、処理部４６は、タイミング特定部５０、転送決定部５６、取得部５８、通知部６０、生成部６２を含む。タイミング特定部５０は、抽出部５２、キャリアセンス部５４を含む。なお、ＤＴＶに関する構成は公知であるので、ここでは説明を省略する。
【００４２】
ＲＦ部４２は、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）に対応して動作する。ＲＦ部４２は、受信処理として、基地局装置１０、図示しない他の車載用端末装置１４からのパケット信号をアンテナ４０にて受信する。ＲＦ部４２は、受信した無線周波数のパケット信号に対して周波数変換を実行し、ベースバンドのパケット信号を生成する。さらに、ＲＦ部４２は、ベースバンドのパケット信号を変復調部４４に出力する。一般的に、ベースバンドのパケット信号は、同相成分と直交成分によって形成されるので、２つの信号線が示されるべきであるが、ここでは、図を明瞭にするために１つの信号線だけを示すものとする。ＲＦ部４２には、ＬＮＡ（Ｌｏｗ  Ｎｏｉｓｅ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）、ミキサ、ＡＧＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｇａｉｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）、Ａ／Ｄ変換部も含まれる。
【００４３】
ＲＦ部４２は、送信処理として、変復調部４４から入力したベースバンドのパケット信号に対して周波数変換を実行し、無線周波数のパケット信号を生成する。さらに、ＲＦ部４２は、無線周波数のパケット信号をアンテナ４０から送信する。また、ＲＦ部４２には、ＰＡ（Ｐｏｗｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）、ミキサ、Ｄ／Ａ変換部も含まれる。
【００４４】
変復調部４４は、受信処理として、ＲＦ部４２からのベースバンドのパケット信号に対して、復調を実行する。さらに、変復調部４４は、復調した結果を処理部４６に出力する。また、変復調部４４は、送信処理として、処理部４６からのデータに対して、変調を実行する。さらに、変復調部４４は、変調した結果をベースバンドのパケット信号としてＲＦ部４２に出力する。ここで、通信システム１００は、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）変調方式に対応するので、変復調部４４は、受信処理としてＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）も実行し、送信処理としてＩＦＦＴ（Ｉｎｖｅｒｓｅ  Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）も実行する。
【００４５】
抽出部５２は、変復調部４４からの復調結果が、図示しない基地局装置１０からのパケット信号である場合に、図１１のエリア２２内に存在すると推定するとともに、基地局装置１０の時刻に車載用端末装置１４の時刻を同期させる。さらに、路車送信期間が配置されたサブフレームのタイミングを特定する。抽出部５２は、サブフレームのタイミングと、パケット信号のメッセージヘッダの内容、具体的には、路車送信期間長の内容をもとに、フレームを生成する。その結果、抽出部５２は、基地局装置１０において形成されたフレームに同期したフレームを生成する。複数の基地局装置１０からパケットを受信する場合には、各々のパケットの路車送信期間が配置されたサブフレームが合成されたフレームを生成することになる。抽出部５２は、車車送信期間を選択する。抽出部５２は、車車送信期間を選択した場合、フレームおよびサブフレームのタイミング、車車送信期間に関する情報をキャリアセンス部５４へ出力する。
【００４６】
一方、抽出部５２は、基地局のパケット信号を受信していない場合、図１１のエリア外２４に存在すると推定する。抽出部５２は、エリア外２４に存在していることを推定すると、フレームの構成と無関係のタイミングを選択する。抽出部５２は、フレームの構成と無関係のタイミングを選択すると、キャリアセンスの実行をキャリアセンス部５４に指示する。
【００４７】
キャリアセンス部５４は、抽出部５２から、フレームおよびサブフレームのタイミング、車車送信期間に関する情報を受けつける。キャリアセンス部５４は、車車送信期間において、キャリアセンスを実行することによって、干渉電力を測定する。また、キャリアセンス部５４は、干渉電力をもとに、車車送信期間における送信タイミングを決定する。具体的に説明すると、キャリアセンス部５４は、所定のしきい値を予め記憶しており、干渉電力としきい値とを比較する。干渉電力がしきい値よりも小さければ、キャリアセンス部５４は、送信タイミングを決定する。キャリアセンス部５４は、抽出部５２から、キャリアセンスの実行を指示された場合、フレームの構成を考慮せずに、ＣＳＭＡを実行することによって、送信タイミングを決定する。キャリアセンス部５４は、決定した送信タイミングを生成部６２へ通知する。
【００４８】
取得部５８は、図示しないＧＰＳ受信機、ジャイロセンサ、車速センサ等を含んでおり、それらから供給されるデータによって、車載用端末装置１４の存在位置、進行方向、移動速度等（以下、「位置情報」と総称する）を取得する。なお、存在位置は、緯度・経度によって示される。これらの取得には公知の技術が使用されればよいので、ここでは説明を省略する。取得部５８は、位置情報を生成部６２へ出力する。
【００４９】
転送決定部５６は、メッセージヘッダの転送を制御する。メッセージヘッダには、例えば、路車送信期間に関する情報が含まれる。転送決定部５６は、パケット信号からメッセージヘッダを抽出する。パケット信号が基地局装置１０から直接送信されている場合には、例えば、「２回転送」などに設定されているが、パケット信号が他の車載用端末装置１４へ送信されている場合には、転送回数を１回減らして「１回転送」の値に設定されている。転送決定部５６は、抽出したメッセージヘッダから、転送すべきメッセージヘッダを選択する。ここでは、例えば、転送回数が最も多いメッセージヘッダが選択される。また、転送決定部５６は、複数のメッセージヘッダに含まれた内容を合成することによって新たなメッセージヘッダを生成してもよい。転送決定部５６は、選択対象のメッセージヘッダを生成部６２へ出力する。その際、転送決定部５６は、転送回数を１減少させる。
【００５０】
生成部６２は、取得部５８から位置情報を受けつけ、転送決定部５６からメッセージヘッダを受けつける。生成部６２は、位置情報およびメッセージヘッダが含まれたパケット信号を生成する。処理部４６は、キャリアセンス部５４において決定した送信タイミングにて、変復調部４４、ＲＦ部４２、アンテナ４０を介して、生成したパケット信号をブロードキャスト送信する。
【００５１】
通知部６０は、抽出部５２を介して、図示しない基地局装置１０からのパケット信号を取得するとともに、図示しない他の車載用端末装置１４からのパケット信号を取得する。通知部６０は、取得したパケット信号に対する処理として、パケット信号に格納されたデータの内容に応じて、図示しない他の車両１２の接近等を運転者へモニタやスピーカを介して通知する。さらに、通知部６０は、障害物検知情報、渋滞情報、灯色情報等も運転者へモニタやスピーカを介して通知する。なお、このような構成において、取得部５８におけるアンテナ（図示せず）が、図２の第２給電素子２０４、無給電素子２０６、グランド素子２０２に相当し、アンテナ４０は、図２の第１給電素子２００、グランド素子２０２に相当する。アンテナ１０２は、取得部５８におけるアンテナと、アンテナ４０とを含む３波統合アンテナとして構成される。
【００５２】
この構成は、ハードウエア的には、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、その他のＬＳＩで実現でき、ソフトウエア的にはメモリにロードされたプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウエアのみ、ハードウエアとソフトウエアの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。
【００５３】
本実施例によれば、第１給電素子と第２給電素子とを近接して配置させるので、アンテナを小型化できる。また、第１給電素子の長手方向の長さを第２の周波数の半波長よりも長くするので、第１給電素子と第２給電素子との結合を小さくできる。また、第１給電素子と第２給電素子との結合が小さくなるので、アンテナ性能を向上できる。また、第１給電素子とグランド素子を第２給電素子の周囲に配置するので、アンテナを小型化できる。また、第１給電素子と第２給電素子との最小間隔を第２の周波数の４分の１波長以内にするので、アンテナを小型化できる。また、グランド素子と第１給電素子のいずれかと第２給電素子とのなす角度を５度以上４５度以下にするので、アンテナ性能を向上できる。
【００５４】
また、面状のモノポールアンテナで構成しているので、ＤＴＶ帯およびＩＴＳ帯でのアンテナ性能を向上できる。また、第１給電素子、グランド素子、第２給電素子、無給電素子を光透過率８０％以上の透明導電材料で構成するので、各素子幅を大きくできる。また、素子幅が大きくなるので、アンテナ性能を向上できる。また、第１給電素子、グランド素子、第２給電素子、無給電素子を光透過率８０％以上の透明導電材料で構成するので、視認性を向上できる。また、第１給電素子を車両のルーフ端部に対して略直交に配置させるので、アンテナ性能を安定化できる。
【００５５】
以上、本発明を実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００５６】
本発明の一態様の概要は、次の通りである。本発明のある態様のアンテナは、第１の周波数で共振する第１給電素子と、第１の周波数より高い第２の周波数で共振する第２給電素子と、第１給電素子に略直交して配置され、第１給電素子と第２給電素子に対して共通のグランド素子と、第２給電素子に対して略直交して配置され、第２給電素子と電気的に結合された無給電素子とを備える。第１給電素子の長手方向の長さは、第２の周波数の半波長よりも長い。
【００５７】
この態様によると、第１給電素子と第２給電素子とを配置しながら、第１給電素子の長手方向の長さを第２の周波数の半波長よりも長くするので、小型であっても、アンテナ性能を向上できる。
【００５８】
第１給電素子とグランド素子とは、第２給電素子の周囲に配置されてもよい。この場合、第１給電素子とグランド素子を第２給電素子の周囲に配置するので、アンテナを小型化できる。
【００５９】
第１給電素子と第２給電素子との最小間隔は、第２の周波数の４分の１波長以内であってもよい。この場合、第１給電素子と第２給電素子との最小間隔を第２の周波数の４分の１波長以内にするので、アンテナを小型化できる。
【００６０】
グランド素子と第１給電素子のいずれかと第２給電素子とのなす角度は、５度以上４５度以下であってもよい。この場合、グランド素子と第１給電素子のいずれかと第２給電素子とのなす角度を５度以上４５度以下にするので、アンテナ性能を向上できる。
【００６１】
第１給電素子とグランド素子と第２給電素子と無給電素子は、光透過率８０％以上の透明導電材料にて形成されてもよい。この場合、光透過率８０％以上の透明導電材料を使用するので、視認性を向上できる。
【００６２】
第１給電素子は、車両のガラスにおいて、車両のルーフ端部に対して略直交に配置されてもよい。この場合、第１給電素子を車両のルーフ端部に対して略直交に配置させるので、アンテナ性能を安定化できる。
【００６３】
本発明の別の態様は、車両である。この車両は、車両のルーフ端部に接続されたガラスと、ガラスに取り付けられるアンテナとを備える。アンテナは、第１の周波数で共振する第１給電素子と、第１の周波数より高い第２の周波数で共振する第２給電素子と、第１給電素子に略直交して配置され、第１給電素子と第２給電素子に対して共通のグランド素子と、第２給電素子に対して略直交して配置され、第２給電素子と電気的に結合された無給電素子とを備える。第１給電素子の長手方向の長さは、第２の周波数の半波長よりも長く、第１給電素子は、ルーフ端部に対して略直交に配置される。
【００６４】
この態様によると、第１給電素子を車両のルーフ端部に対して略直交に配置させるので、アンテナ性能を安定化できる。
【００６５】
本発明の実施例において、１．５７５ＧＨｚ帯と４７０〜７６５ＭＨｚ帯とが使用されている。しかしながらこれに限らず例えば、他の周波数帯が使用されてもよい。そのため、ＧＰＳ、ＩＴＳ以外の無線通信システム、例えば、携帯電話システム、ラジオ放送、地上デジタル放送、ＶＩＣＳ（登録商標）（Ｖｅｈｉｃｌｅ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）、ＥＴＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｔｏｌｌ  Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）に使用されてもよい。本変形例によれば、本実施例に係るアンテナ１０２をさまざまな無線通信システムに適用できる。
【００６６】
本発明の実施例において、ＧＰＳ、ＩＴＳ、ＤＴＶのためにアンテナ１０２が使用されている。しかしながらこれに限らず、これらのうちの２つのためにアンテナ１０２が使用されてもよい。具体的には、ＧＰＳとＩＴＳとの組合せ、あるいはＧＰＳとＤＴＶとの組合せのために、アンテナ１０２が使用されてもよい。本変形例によれば、アンテナ１０２の適用範囲を拡大できる。
【００６７】
本発明の実施例において、第２の周波数として１．５７５ＧＨｚのＧＰＳ帯が使用されている。しかしながら、これに限らず例えば、ＧＰＳ帯に限らず、ＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  Ｓｙｓｔｅｍ）の他のシステムが使用する周波数帯であってもよい。例えば、第２の周波数が、１．５７５ＧＨｚのＧＰＳ帯と、１．５９８〜１．６０５ＧＨｚのＧＬＯＮＡＳＳ帯であってもよい。ＧＰＳの偏波と、ＧＬＯＮＡＳＳの偏波は、いずれも右旋円偏波であるので、第２給電素子２０４の長さ、無給電素子２０６の長さ、ギャップＧ１の３種類のパラメータを調整することによって同時に両周波数帯を共振させることが可能である。本変形例によれば、アンテナ１０２の適用範囲を拡大できる。
【符号の説明】
【００６８】
１２  車両、  ４０  アンテナ、  １０２  アンテナ、  １１２  グランド、  １５０  ルーフ、  ２００  第１給電素子、  ２０２  グランド素子、  ２０４  第２給電素子、  ２０６  無給電素子。
【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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