JP5878366B2 - 車載アンテナ装置及び車載アンテナ - Google Patents

Description

本発明は、電波受信時に車載電装品から混するノイズを低減することができる車載アンテナに関する。

車載アンテナでは、車載アンテナで電波を受信する際、車載電装品からのノイズが受信電波に混入し、車載アンテナの受信性能を低下させ、場合によっては、通信が遮断される現象が確認されている。

このノイズを低減させるため、従来、所望の帯域を受信するための主アンテナとノイズスキャン用アンテナの２つのアンテナを備え、主アンテナで受信した信号にノイズスキャン用アンテナで受信した信号を逆相加算することにより、ノイズ成分を打ち消して低減させる構造を有するアンテナがある（例えば、特許文献１参照）。

また、パッチアンテナのＧＮＤ背面前面に電波吸収材を配置し、当該パッチアンテナで電波を受信する際にパッチアンテナへのノイズの回込みを抑制する構造を有するアンテナがある（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１０−００４４５１号公報 特開２００３−１１０３５１号公報

ところが、上記構造を有するアンテナでは、主アンテナ以外に、ノイズキャンセル用のアンテナや逆相加算回路が必要になったり、電波吸収材が必要となったりして、アンテナの構造が複雑化、大型化したり、高コストになったりするという問題がある。

本発明は、こうした問題に鑑みなされたもので、簡易な構造、かつ、低コストで車載電装品からのノイズの影響を受けにくい車載アンテナを提供することを目的とする。

この欄においては、発明に対する理解を容易にするため、必要に応じて「発明を実施するための形態」欄において用いた符号を付すが、この符号によって請求の範囲を限定することを意味するものではない。

上記「発明が解決しようとする課題」において述べた問題を解決するためになされた発明は、導電性を有し、板状に形成されたＧＮＤ板（１０）と、ＧＮＤ板（１０）の片面に、ＧＮＤ基板の中心位置から偏心した位置に設置されたモノポールアンテナ素子（２０）と、を備えた車載アンテナ（１）であって、ＧＮＤ板（１０）におけるモノポールアンテナ素子（２０）が配置された位置よりもＧＮＤ板（１０）の中心位置側の一部に穴部（１２）を設けたことを特徴とするものである。

このような車載アンテナ（１）は、簡易な構造、かつ、低コストで車載電装品からのノイズの影響を受けにくい車載アンテナ（１）とすることができる。以下、その理由を説明する。

ＧＮＤ板（１０）に穴部（１２）がある場合、車載電装品で発生し、受信電波に混入する誘起電流（ノイズ）に対する経路長が、穴部（１２）がない場合に比べ長くなる。したがって、その誘起電流の周波数においては、共振しなくなり、これにより、その周波数におけるノイズの影響が低減される。

例えば、図３（ａ）に、ＧＮＤ板（１０）の片面にモノポールアンテナ素子が設けられている形状のアンテナの場合（使用周波数帯域７００［ＭＨｚ］）の誘起電流の電流経路を示す。なお、図３中、矢印が誘起電流の流れる方向を示している。

これに対し、ＧＮＤ板（１０）に穴部（１２）がある場合には、図３（ｂ）に示すように、誘起電流が基板上の穴部（１２）を迂回している。
このように、穴部（１２）によって、誘起電流を迂回させることで、誘起電流に対する経路長を長くし、共振を防止して、ノイズ（誘起電流）の影響を低減する。

このように、ＧＮＤ板（１０）の一部に穴部（１２）を設けるという簡易な構造とすることができ、かつ低コストでノイズの影響を受けにくい車載アンテナ（１）となる。
なお、穴部（１２）は、貫通穴であってもよいし、止め穴でもよい。また、ＧＮＤ板（１０）端に設けられる場合のように、一部か開放された穴であってもよい。

ここで、「導電性を有し、板状に形成された」とは、ＧＮＤ板（１０）が、全体として導電性を有していればよいことを意味しており、例えば、ベーク板のような非導電性材料の表面に銅のような導電性材料をプリントして形成されたものであってもよいし、導電性材料のみで形成されたものであってもよい。

また、「ＧＮＤ板（１０）の中心位置」とは、幾何学的な中心位置を意味しており、例えば、ＧＮＤ板（１０）が正方形、長方形、円形の場合はその中心点の位置をいい、楕円の場合には、２つの焦点の中心点の位置をいう。

また、穴部（１２）には、誘電材料、非導電性材料、磁性体材料のいずれかが充填されていても、穴部（１２）がない場合に比べ、経路長が長くなる。したがって、使用周波数において共振を防止することができるので、ノイズの影響を低減させることができる。

また、ＧＮＤ板（１０）において、穴部（１２）をモノポールアンテナ素子（２０）の設置位置に最も近い端部から、使用周波数のλ／１６以上離れたところに設けると、ノイズ低減効果が大きくなる。

また、穴部（１２）は、ＧＮＤ板（１０）の端部を含まず、かつ、ＧＮＤ板（１０）において、モノポールアンテナ素子（２０）の設置位置に最も近い端部とモノポールアンテナ素子（２０）の設置位置を結んだ直線に直角方向の幅が、穴部（１２）の位置におけるＧＮＤ板（１０）の幅の６０［％］以上であるよう形成にすると、ノイズ低減効果が大きくなる。

ここで、「ＧＮＤ板（１０）の幅」とは、モノポールアンテナ素子（２０）の設置位置に最も近い端部とモノポールアンテナ素子（２０）の設置位置を結んだ直線に直角方向の長さであり、例えば、ＧＮＤ板（１０）が長方形の場合、その短辺又は長辺の長さとなり、ＧＮＤ板（１０）が楕円の場合、短軸又は長軸の長さとなる。

さらに、穴部（１２）は、ＧＮＤ板（１０）の端部を含み、かつ、ＧＮＤ板（１０）において、モノポールアンテナ素子（２０）の設置位置に最も近い端部とモノポールアンテナ素子（２０）の設置位置を結んだ直線に直角方向に、穴部（１２）の位置において、導電性材料をＧＮＤ板（１０）の幅の３０［％］以上残すように形成されているようにしても、ノイズ低減効果が大きくなる。

本発明の別の側面は、導電性を有し、板状に形成されたＧＮＤ板（１０）と、ＧＮＤ板（１０）の片面に、ＧＮＤ基板の中心位置から偏心した位置に設置されたモノポールアンテナ素子（２０）と、を備えており、ＧＮＤ板（１０）におけるモノポールアンテナ素子（２０）が配置された位置よりもＧＮＤ板（１０）の中心位置側の一部に磁性体材料で形成された磁性部（５０，５２）を配置したことを特徴とする車載アンテナ（２）である。

このような、車載アンテナ（２）では、車載アンテナ（１）と同様、磁性体材料により、誘起電流に対する経路長が、穴部（１２）がない場合に比べ長くなる。したがって、使用周波数において、誘起電流によって共振しなくなり、これにより、その使用周波数におけるノイズの影響が低減される。

磁性部（５０，５２）は、ＧＮＤ板（１０）において、モノポールアンテナ素子（２０）の設置位置に最も近い端部とモノポールアンテナ素子（２０）の設置位置を結んだ直線に平行に２箇所配置すると、ノイズ低減効果が大きくなる。

さらに、２箇所に配置されている各磁性部（５０，５２）の、ＧＮＤ板（１０）において、モノポールアンテナ素子（２０）の設置位置に最も近い端部とモノポールアンテナ素子（２０）の設置位置を結んだ直線に直角方向の長さが、同じ方向のＧＮＤ板（１０）の長さの１５［％］以上であるようにすると、ノイズ低減効果が大きくなる。

車載アンテナを車両に搭載した状態を示した図である。 第１実施形態における車載アンテナの概略の構造を示す構造図である。 ＧＮＤ板に誘起電流が流れた場合の電流経路を示す図である。 ＧＮＤ板における穴部の位置及び幅に対するノイズの低減量の関係を示す図である。 ＧＮＤ板における２つの穴部の幅に対するノイズの低減量の関係を示す図である。 穴部の代わりに磁性体材料を用いた車載アンテナの概略の構造を示す図である。 磁性部の磁性体の物性値による電流分布の変化を示す図である。 ＧＮＤ板の短辺の長さに対する２つの磁性部の短辺の長さとノイズの低減量の関係を示す。

以下、本発明が適用された実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明の実施の形態は、下記の実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうる。
［第１実施形態］
図１は、本発明発明が適用された車載アンテナ１を車両６０に搭載した状態を示した図である。車載アンテナ１は、図１（ａ）に示すように、車両６０のルーフ６２上に設置され、車載アンテナ１の出力は、ケーブル４０で車載電装品であるＥＣＵ７０などに接続されている。また、車載アンテナ１は、図１（ｂ）に示すように、樹脂製のケース７で覆われている。

なお、図１において、車両６０に搭載されている車載アンテナ１は１個であるが、２個以上の車載アンテナ１が搭載される場合もある。
図２は、本発明が適用された車載アンテナ１の概略の構造を示す構造図である。図２に示すように、車載アンテナ１は、ＧＮＤ板１０、モノポールアンテナ素子２０、給電部３０及びケーブル４０を備えている。

ＧＮＤ板１０は、鉄、銅、銀あるいはアルミニウムなどの金属材料などの導電性材料の板材を長方形に形成したものであり、車載アンテナ１の基準電位をＧＮＤ電位に保っている。

また、ＧＮＤ板１０におけるモノポールアンテナ素子２０が配置された位置よりもＧＮＤ板１０の中心位置側の一部に穴部１２が設けられている。
この穴部１２は、ＧＮＤ板１０にプリントされている導電材料の膜を除去して長方形に形成されている止め穴となっている。

穴部１２は、長方形のＧＮＤ板１０の辺のうち、モノポールアンテナ素子２０の設置位置に最も近い短辺から、使用周波数のλ／１６以上離れた位置に設けられている。換言すれば、図４（ａ）に示すように、ＧＮＤ板１０の短辺と穴部１２の長辺のうち、ＧＮＤ１０の短辺に近い側の長辺の間の距離がλ／１６になっているということである。なお、「λ」は、車載アンテナ１で送受信される電波の周波数帯域の中心周波数ｆに対する波長である。

また、穴部１２は、止め穴でなく、貫通穴としてもよい。また、穴部１２に誘電材料、非導電性材料、磁性体材料のいずれかを充填してもよい。
穴部１２は、長方形のＧＮＤ板１０の長辺端部を含まず、かつ、ＧＮＤ板１０において、モノポールアンテナ素子２０の設置位置に最も近い短辺とモノポールアンテナ素子２０の設置位置を結んだ直線に直角方向の幅（図３（ａ）中「Ｓ２」で示す）が、穴部１２の位置におけるＧＮＤ板１０の幅の６０［％］以上であるように形成されている。

つまり、穴部１２の長辺の長さ（Ｓ２）は、ＧＮＤ板１０の短辺の長さの６０［％］以上になるように形成されている。
モノポールアンテナ素子２０は、ＧＮＤ板１０に対してほぼ垂直になるように設置され、一端が給電部３０に接続されている。また、モノポールアンテナ素子２０は、ＧＮＤ板１０の中心位置から、短辺側に偏心した位置に設置されている。

ケーブル４０は、モノポールアンテナ素子２０の給電部３０に出力信号となる電波を供給するとともに、給電部３０からモノポールアンテナ素子２０で受信した電波を図示しない受信機などの車載電装品に供給するための同軸ケーブルやフィーダ線などの高周波用ケーブルである。
（車載アンテナ１の特徴）
ＧＮＤ板の片面にモノポールアンテナ素子が設置されている形状の従来の車載アンテナ（使用周波数帯域７００［ＭＨｚ］）に対して、車載電装品からのノイズとみなすことができる誘起電流が流れた場合の電流経路を図３（ａ）に示す。

従来の車載アンテナでは、図３（ａ）に示すように、誘起電流は、ＧＮＤ板を、モノポールアンテナ素子側から反対端側（図３（ａ）中右側から左側）にほぼ一様に流れている。

これに対し、ＧＮＤ板１０に穴部１２がある車載アンテナ１の場合には、図３（ｂ）に示すように、誘起電流が基板上の穴部１２を迂回している。
つまり、ＧＮＤ板１０に穴部１２がある場合、誘起電流に対する経路長が、穴部１２がない場合に比べ長くなり、７００［ＭＨｚ］帯の周波数においては共振しなくなり、これにより、その周波数帯域におけるノイズの影響が低減されるのである。

このように、ＧＮＤ板１０の一部に穴部１２を設けるという簡易な構造とすることで、低コストでノイズの影響を受けにくい車載アンテナ１とすることができる。
また、穴部１２に、誘電材料、非導電性材料、磁性体材料のいずれかが充填されていても、穴部１２がない場合に比べ、経路長が長くなる。したがって、使用周波数において共振を防止することができるので、ノイズの影響を低減させることができる。

ここで、図４に基づいて、ＧＮＤ板１０における穴部１２の位置と幅がノイズ低減効果に与える影響について説明する。図４は、ＧＮＤ板１０における穴部１２の位置及び幅に対するノイズの低減量の関係を示す図である。

まず、ＧＮＤ板１０における穴部１２の位置とノイズの低減量の関係について説明する。
図４（ｂ）において、横軸は、ＧＮＤ板１０の短辺長さ（Ｘ）に対する穴部１２の位置（図４（ａ）に示す、ＧＮＤ板１０の短辺からの距離Ｓ１）を、使用周波数の波長λを基準として表したもの（λ／Ｘ）である。

図４（ｂ）に示すように、ＧＮＤ板１０において、穴部１２をモノポールアンテナ素子２０の設置位置に最も近い短辺（長さＸ）から、使用周波数のλ／１６以上離れたところに設けると、ノイズ低減効果が大きくなるという結果が得られた。

次に、穴部１２の幅とノイズの低減量の関係について説明する。図４（ｃ）において、横軸は、ＧＮＤ板１０の短辺長さに対する穴部１２の幅（穴部１２の長辺長さ）の割合を示している。

図４（ｃ）に示すように、ＧＮＤ板１０の短辺長さに対する穴部１２の幅が、６０［％］以下で、ノイズ低減効果が大きくなるという結果が得られた。
［第２実施形態］
次に、図５に基づいて、穴部１２をＧＮＤ板１０の両長辺を含むように２箇所に形成した第２実施形態について説明する。図５は、ＧＮＤ板１０における２つの穴部１４，１５の幅に対するノイズの低減量の関係を示す図である。

第２実施形態では、図５（ａ）に示すように、穴部１４，１５をＧＮＤ板１０の両長辺から内側に形成してある。つまり、ＧＮＤ板１０の短辺の中央部に直角な部分を残して両長辺から長方形に２つの穴部１４，１５が形成されている。

そして、２つの穴部１４，１５の長辺の長さの和が、ＧＮＤ板１０の短辺の長さの７０［％］より小さくなる（換言すれば、導電性材料の幅（図５（ａ）中「Ｓ３」で示す）をＧＮＤ板１０の幅の３０［％］以上残す）ように形成してある。

ここで、図４（ｂ）に、ＧＮＤ板１０の短辺の長さに対する２つの穴部１４，１５の長辺の長さの和とノイズの低減量の関係を示す。図４（ｂ）に示すように、ＧＮＤ板１０の短辺の長さに対する２つの穴部１４，１５の長辺の長さの和の比率が７０［％］より小さくなると、ノイズ低減量が大きくなる。

したがって、２つの穴部１４，１５の長辺の長さの和を、ＧＮＤ板１０の短辺の長さの７０［％］より小さくするとノイズ低減効果が大きくなる。
［第３実施形態］
次に、図６に基づき、穴部１２の代わりに、磁性体材料を用いた第３実施形態について説明する。図６は、穴部１２の代わりに磁性体材料を用いた車載アンテナ２の概略の構造を示す図である。

車載アンテナ２は、第１実施形態における車載アンテナ１の穴部１２の代わりに、ＧＮＤ板１０におけるモノポールアンテナ素子２０が配置された位置よりもＧＮＤ板１０の中心位置側の一部に磁性体材料で形成された磁性部５０を配置したものである。

より具体的には、図６に示すように、ＧＮＤ板１０の２つの長辺に沿って、磁性体材料を長方形に形成した磁性部５０，５２が配置されている。
ここで、磁性体の物性は、複素透磁率μ＝μ’−ｊμ”で表される。磁性体による電磁界への振る舞いとして遮断効果が知られている。

遮断効果（Ｓとする）は、以下の式１で表される。

ここで、

ｔ：磁性体の厚み
σ：磁性体の導電率
ｒ：磁性体の抵抗率
ｘ：磁性体の長手方向の長さ
ｙ：磁性体の短手方向の長さ
ｆ：使用電波の周波数
であり、複素透磁率μ＝μ’−ｊμ”のμ’とμ”をパラメータに解析すると、μ’を設定したもののみ、基板上の誘起電流が抑えられる。これは磁性体の遮蔽効果により車両６０の車体からのＧＮＤ板１０への誘起電流が抑制されたためである。

図７に、使用周波数７００［ＭＨｚ］の場合の磁性部５０，５２の磁性体の物性値による電流分布の変化を示す。図７（ａ）は、μ’＝１５、μ’’＝０の場合の電流分布を示し、図７（ｂ）には、μ’＝１、μ’’＝２０の場合の電流分布を示す。

このように、磁性部５０，５２の物性を変化させることにより、ノイズ低減効果を変化させることができる。
また、２箇所に配置されている各磁性部５０，５２の、ＧＮＤ板１０において、モノポールアンテナ素子２０の設置位置に最も近い端部とモノポールアンテナ素子２０の設置位置を結んだ直線に直角方向の長さ（つまり、長方形の磁性部５０，５２の短辺の長さ）が、同じ方向のＧＮＤ板１０の長さの１５［％］以上となっている。

ここで、図８に、ＧＮＤ板１０の短辺の長さに対する２つの磁性部５０，５２の短辺の長さとノイズの低減量の関係を示す。図８（ｂ）に示すように、ＧＮＤ板１０の短辺の長さに対する２つの磁性部５０，５２のそれぞれの短辺の長さ（図８（ａ）中「Ｄ１］で示す）の比率が１５［％］より小さくなると、ノイズ低減量が大きくなる。

したがって、２つの磁性部５０，５２の短辺の長さが、ＧＮＤ板１０の短辺の長さの１５［％］より小さくするとノイズ低減効果が大きくなる。
このように、第１実施形態における穴部１２の代わりに、磁性体材料で形成された磁性部５０，５２を用いても、車載アンテナ２のに対するノイズ低減効果を得ることができる。
［その他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、本実施形態に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。

例えば、第１実施形態〜第３実施形態では、ＧＮＤ板１０の形状を長方形としたが、正方形や円形あるいは楕円形であってもよい。さらに、車両６０への搭載が容易となるように、非対称な形状であってもよい。

１…車載アンテナ、２…車載アンテナ、７…ケース、１０…ＧＮＤ板、１２，１４，１５…穴部、２０…モノポールアンテナ素子、３０…給電部、４０…ケーブル、５０，５２…磁性部、６０…車両。

Claims (8)

1. 導電性を有し、板状に形成されたＧＮＤ板と、
   前記ＧＮＤ板の片面に、前記ＧＮＤ基板の中心位置から偏心した位置に設置されたモノポールアンテナ素子と、
   を備える車載アンテナと、
   前記車載アンテナを覆う樹脂製のケースと、
   を備え、
   前記ＧＮＤ板における前記モノポールアンテナ素子が配置された位置よりも前記ＧＮＤ板の中心位置側の一部に穴部を設けたことを特徴とする車載アンテナ装置。
2. 請求項１に記載の車載アンテナ装置において、
   前記穴部には、誘電材料、非導電性材料、磁性体材料のいずれかが充填されていることを特徴とする車載アンテナ装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の車載アンテナ装置において、
   前記穴部は、前記ＧＮＤ板において、前記モノポールアンテナ素子の設置位置に最も近い端部から、使用周波数のλ／１６以上離れたところに設けられていることを特徴とする車載アンテナ装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の車載アンテナ装置において、
   前記穴部は、
   前記ＧＮＤ板の端部を含まず、かつ、前記ＧＮＤ板において、前記モノポールアンテナ素子の設置位置に最も近い端部と前記モノポールアンテナ素子の設置位置を結んだ直線に直角方向の幅が、前記穴部の位置におけるＧＮＤ板の幅の６０［％］以上であるように形成されていることを特徴とする車載アンテナ装置。
5. 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の車載アンテナ装置において、
   前記穴部は、
   前記ＧＮＤ板の端部を含み、かつ、前記ＧＮＤ板において、前記モノポールアンテナ素子の設置位置に最も近い端部と前記モノポールアンテナ素子の設置位置を結んだ直線に直角方向に、前記穴部の位置において、前記導電性材料をＧＮＤ板の幅の３０［％］以上残すように形成されていること特徴とする車載アンテナ装置。
6. 導電性を有し、板状に形成されたＧＮＤ板と、
   前記ＧＮＤ板の片面に、前記ＧＮＤ基板の中心位置から偏心した位置に設置されたモノポールアンテナ素子と、
   を備え、
   前記ＧＮＤ板における前記モノポールアンテナ素子が配置された位置よりも前記ＧＮＤ板の中心位置側の一部に磁性体材料で形成された磁性部を配置したことを特徴とする車載アンテナ。
7. 請求項６に記載の車載アンテナにおいて、
   前記磁性部は、
   前記ＧＮＤ板において、前記モノポールアンテナ素子の設置位置に最も近い端部と前記モノポールアンテナ素子の設置位置を結んだ直線に平行に２箇所配置されていることを特徴とする車載アンテナ。
8. 請求項７に記載の車載アンテナにおいて、
   前記２箇所に配置されている各磁性部の、ＧＮＤ板において、モノポールアンテナ素子の設置位置に最も近い端部とモノポールアンテナ素子の設置位置を結んだ直線に直角方向の長さが、同じ方向のＧＮＤ板の長さの１５［％］以上であることを特徴とする車載アン
   テナ。