車両用アンテナ装置
【課題】ＵＨＦ帯の無線電波を放射するにあたり、アンテナの利得を高めることのできる車両用アンテナ装置を提供する。
【解決手段】この車両用アンテナ装置は、車両のドアハンドルの内部に設けられたダイポールアンテナ５０を備え、同アンテナ５０を通じて車両ドアに周辺に設定された通信エリアに向けてＵＨＦ帯の無線電波を放射する。ここでは、車両ドアのアウタパネル４０とダイポールアンテナ５０との間に間隙を形成した上で、ダイポールアンテナ５０と間隙を置いて対向配置されるアウタパネル４０の内壁面を反射面として利用する。そして、通信エリアに放射される無線電波の強度を強める態様にてダイポールアンテナ５０からアウタパネル４０に向けて放射される無線電波を通信エリアに向けて反射する。
【解決手段】この車両用アンテナ装置は、車両のドアハンドルの内部に設けられたダイポールアンテナ５０を備え、同アンテナ５０を通じて車両ドアに周辺に設定された通信エリアに向けてＵＨＦ帯の無線電波を放射する。ここでは、車両ドアのアウタパネル４０とダイポールアンテナ５０との間に間隙を形成した上で、ダイポールアンテナ５０と間隙を置いて対向配置されるアウタパネル４０の内壁面を反射面として利用する。そして、通信エリアに放射される無線電波の強度を強める態様にてダイポールアンテナ５０からアウタパネル４０に向けて放射される無線電波を通信エリアに向けて反射する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば車両ボディの周辺に設定された通信エリアに無線電波を放射するための車両用アンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば携帯機（電子キー）を所持したユーザが車両ドアに接近したときに車両ドアのアンロックなどを自動的に実行する、いわゆる電子キーシステムが周知である。そして従来、このような電子キーシステムとしては、例えば特許文献１に記載のシステムが知られている。図１０に、この特許文献１に記載のシステムも含めて、従来一般に採用されている電子キーシステムの概要を示す。
【０００３】
同図１０に示されるように、この電子キーシステムでは、例えば車両８０のドアに設けられた送信装置８１から車両ドアの周辺に設定された半円形状の通信エリアＳにリクエスト信号を放射する。また、この電子キーシステムでは、上記送信装置８１から放射されたリクエスト信号を受信するとともに、受信したリクエスト信号に対して識別コード（ＩＤコード）などを含む応答信号を送信する携帯機９０をユーザが所持する。すなわち、携帯機９０を所持したユーザが通信エリアＳに進入することによって、同携帯機９０から応答信号が送信される。そしてこのシステムにおいて、携帯機９０から送信された応答信号は車室内に設けられた受信装置８２によって受信されるとともに、車両８０にかかる各種制御を統括的に実行する車両制御装置８３に伝達される。同制御装置８３では、伝達された応答信号に含まれるＩＤコードと同制御装置８３内のメモリに予め記憶されているＩＤコードとの照合を行い、この照合を通じて互いのＩＤコードが一致している旨を判断すると、例えば車両ドアに設けられているドアロック装置８４を通じて車両ドアをアンロックする。このような電子キーシステムによれば、ユーザの直接的な手動操作によることなく車両８０の各種操作が自動的に行われるようになるため、車両８０の操作にかかる利便性が大きく向上するようになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３１１３３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、このような電子キーシステムに用いられる携帯機９０は、一般に、内蔵される電池を電源としているため、電池切れが生じると、車両８０との無線通信を行うことができなくなってしまう。このためユーザは、電池切れが生じる度に携帯機９０の電池を交換する必要があり、こうした作業をユーザが煩わしく感じるおそれがある。
【０００６】
そこで発明者らは、無線電力伝送技術を利用することにより、携帯機９０に内蔵された電池を排除するといった方法を提案している。具体的には、携帯機９０の電源電圧となるＵＨＦ帯の無線電波を車両８０から携帯機９０に放射する。そして携帯機９０では、車両８０から放射された無線電波を受信すると、同無線電波を整流して電源電圧を得る。こうした方法を採用すれば、ユーザによる携帯機９０の電池交換が不要となるため、上述したユーザの煩わしさを好適に解消することが可能となる。
【０００７】
ただし、上述した電子キーシステムでは、携帯機９０が上記通信エリアＳ内に進入したときに同携帯機９０が無線通信を行うことができる状態になっている必要があることから、上記ＵＨＦ帯の無線電波を上記通信エリアＳ全体に放射する必要がある。このため、ＵＨＦ帯の無線電波を上記通信エリアＳ全体に放射することのできる高利得なアンテナ装置が望まれているといった実情がある。
【０００８】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＵＨＦ帯の無線電波を放射するにあたり、アンテナの利得を高めることのできる車両用アンテナ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、車両ボディに設けられたアンテナを備え、該アンテナを通じて前記車両ボディの周辺に設定された通信エリアに向けてＵＨＦ帯の無線電波を放射する車両用アンテナ装置であって、前記車両ボディの外周面と前記アンテナとの間に間隙が形成されるとともに、前記アンテナと前記間隙を置いて対向配置される前記車両ボディの外周面を反射面として利用し、前記通信エリアに放射される無線電波の強度を強める態様にて前記アンテナから前記車両ボディの外周面に向けて放射される無線電波を前記通信エリアに向けて反射する電波反射構造を有することを要旨としている。
【００１０】
同構成によれば、アンテナから通信エリアに向けて無線電波を放射する際に、同アンテナから車両ボディの外周面に向けて放射される無線電波を電波反射構造によって通信エリアに反射することができるため、反射された無線電波を利用して通信エリアに向けて放射される無線電波の強度を強めることができるようになる。このため、ＵＨＦ帯の無線電波を放射するにあたり、アンテナの利得を高めることができるようになる。
【００１１】
そしてこの場合、具体的には請求項２に記載の発明によるように、前記アンテナが、前記車両ボディの外周面に沿うように配設されるとともに、前記車両ボディの前記アンテナが対向する部分には、前記間隙を形成する態様にて凹部が形成され、前記反射面が、前記アンテナに対向する前記凹部の内壁面からなるといった構成を採用すれば、車両ボディの外周面とアンテナとの間に間隙を形成するといった構造を容易に実現することができるようになる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の車両用アンテナ装置において、前記車両ボディの周辺に設定された通信エリアが、車両ドアの周辺に設定された半円形状の通信エリアであって、前記アンテナが、前記車両ドアに設けられたドアハンドルの内部に配設されるとともに、前記凹部が、ユーザが前記ドアハンドルを把持する際に手を挿入する部分として前記車両ドアの外周面に凹設された溝部からなることを要旨としている。
【００１３】
同構成によれば、ユーザがドアハンドルを把持する際に自身の指を挿入する部分として車両ドアの外周面に凹設される溝部を上記凹部として流用することができるため、車両ボディの外周面とアンテナとの間に間隙を形成するといった構造を更に容易に実現することができるようになる。
【００１４】
そしてこの場合、具体的には請求項４に記載の発明によるように、ＵＨＦ帯の無線電波を放射するアンテナとして、例えばダイポールアンテナを用いるようにすれば、ドアハンドルの内部にアンテナを容易に配設することができるようになる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の車両用アンテナ装置において、前記無線電波の波長を「λ」とするとき、前記２本のエレメントの長さが「λ／４」の長さにそれぞれ設定されるとともに、前記ダイポールアンテナから前記反射面までの距離をＬとするとき、「５ｍｍ≦Ｌ≦λ／４」なる関係を満足することを要旨としている。
【００１６】
ＵＨＦ帯の無線電波を放射するアンテナとしてダイポールアンテナを用いるようにした場合には、同アンテナから反射面までの距離Ｌを「５ｍｍ」から「λ／４（＞５ｍｍ）」の範囲の長さに設定すると、車両ドアの周辺に半円形状の通信エリアを形成しつつ、ダイポールアンテナの利得がその絶対利得よりも大きくなることが発明者らによって確認されている。このため、上記構成によるように、「５ｍｍ≦Ｌ≦λ／４」なる関係を満足することが、車両ドアの周辺に半円形状の通信エリアを形成して且つ、アンテナの利得を高める上で有効である。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の車両用アンテナ装置において、前記ダイポールアンテナから前記反射面までの距離Ｌが、「λ／４」の長さに設定されてなることを要旨としている。
【００１８】
ＵＨＦ帯の無線電波を放射するアンテナとしてダイポールアンテナを用いるようにした場合には、アンテナから反射面までの距離を「λ／４」の長さに設定すると、ダイポールアンテナとその給電線との間のインピーダンス整合をとり易くなることが発明者らによって確認されている。したがって、上記構成によるように、アンテナから反射面までの距離を「λ／４」の長さに設定すれば、車両ドアの周辺に半円形状の通信エリアを形成して且つ、アンテナの利得を高めることができるとともに、ダイポールアンテナとその給電線との間のインピーダンス整合をとり易くなる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明にかかる車両用アンテナ装置によれば、ＵＨＦ帯の無線電波を放射するにあたり、アンテナの利得を高めることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明にかかる車両用アンテナ装置の一実施形態について同装置を利用した車両の電子キーシステムのシステム構成を示すブロック図。
【図２】同実施形態の車両用アンテナ装置が設けられる車両のドアハンドル装置の破断断面構造を示す断面図。
【図３】同実施形態の車両用アンテナ装置の構造を模式的に示す平面図。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、ダイポールアンテナからアウタパネルまでの距離を「１ｍｍ」、「５ｍｍ」、「１０ｍｍ」、及び「２０ｍｍ」にそれぞれ設定したときのダイポールアンテナの指向特性を示す指向性図。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、ダイポールアンテナからアウタパネルまでの距離を「４０ｍｍ」、「８０ｍｍ」、「１６０ｍｍ」、及び「３２０ｍｍ」にそれぞれ設定したときのダイポールアンテナの指向特性を示す指向性図。
【図６】ダイポールアンテナからアウタパネルまでの距離と同ダイポールアンテナの給電点での反射係数との関係を示すグラフ。
【図７】同実施形態の車両用アンテナ装置の変形例についてその構造を模式的に示す平面図。
【図８】（ａ），（ｂ）は、ダイポールアンテナ及びＶ型ダイポールアンテナのそれぞれの指向特性を示す指向性図。
【図９】同実施形態の車両用アンテナ装置の他の変形例についてその構造を模式的に示す平面図。
【図１０】従来の車両の電子キーシステムの概要を模式的に示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明にかかる車両用アンテナ装置を、電子キーシステムの車両のアンテナ装置に適用した一実施形態について図１〜図６を参照して説明する。なお、この電子キーシステムの基本構成は、先の図１０に例示した電子キーシステムと同様である。図１は、こうした電子キーシステムのシステム構成をブロック図として示したものであり、はじめに、同図１を参照して、この電子キーシステムの構成、動作をより具体的に説明する。
【００２２】
同図１に示されるように、この電子キーシステムでも、車両側に搭載された車載装置１０とユーザが携帯所持する携帯機２０との間で、無線通信による各種通信制御が実行される。
【００２３】
ここで、車載装置１０には、ＵＨＦ帯のリクエスト信号を上記通信エリアＳに放射する送信装置１１とともに、携帯機２０から送信されるＵＨＦ帯の応答信号を受信する受信装置１２が設けられている。また、この車載装置１０には、携帯機２０の電源電圧となるＵＨＦ帯の無線電波である電力電波を上記通信エリアＳに放射する無線電力送信装置１３も設けられている。そして、送信装置１１による上記リクエスト信号の放射制御、受信装置１２を通じて受信される上記応答信号の処理、並びに無線電力送信装置１３による上記電力電波の放射制御が、同じく車載装置１０に設けられている車両制御装置１４を通じて統括的に実行される。ちなみにこの車両制御装置１４は、例えば前述したドアロック装置などの制御対象１５を制御する部分でもある。
【００２４】
一方、携帯機２０には、車載装置１０から放射される上記リクエスト信号を受信する受信装置２１とともに、受信したリクエスト信号に対して上記応答信号を車載装置１０に送信する送信装置２２が設けられている。そして、受信装置２１を通じて受信されるリクエスト信号に基づく上記応答信号の生成、及びこの生成した応答信号の上記送信装置２２を通じての送信制御が、同じく携帯機２０に設けられている携帯機制御装置２３を通じて統括的に行われる。また、この携帯機２０には、車載装置１０から放射される上記電力電波を受信してこれを整流する整流装置２４とともに、同整流装置２４で整流された電気エネルギを蓄積して携帯機制御装置２３などを動作させる電源電圧を生成する電源装置２５も設けられている。
【００２５】
このように構成された電子キーシステムにあって、無線電力送信装置１３からアンテナ装置Ａ１を介して上記通信エリアＳに対して電力電波が放射されているとするとき、ユーザが所持する携帯機２０がこの通信エリアＳに進入したとすると、次のような態様にて車載装置１０及び携帯機２０の間で信号の授受が実行される。すなわちこのシステムでは、上記無線電力送信装置１３から放射された電力電波が上記整流装置２４によりアンテナ装置Ａ３を介して受信されるとともに、同整流装置２４では、同電力電波を整流してその電気エネルギを電源装置２５に伝達する。電源装置２５では、こうして電気エネルギが伝達されると、同電気エネルギを蓄積して電源電圧を生成するとともに、生成した電源電圧を受信装置２１や携帯機制御装置２３などの携帯機２０に搭載される各種電子部品に印加してこれらを駆動させる。続いて、上記送信装置１１からアンテナ装置Ａ４を介して上記通信エリアＳに対してリクエスト信号が放射されると、この放射されたリクエスト信号が受信装置２１によりアンテナ装置Ａ２を介して受信されるとともに、受信したリクエスト信号が上記携帯機制御装置２３に伝達される。携帯機制御装置２３ではこうしてリクエスト信号が伝達されると、内蔵するメモリに記憶されている識別コード（ＩＤコード）を含む応答信号を生成してこれを上記送信装置２２へ伝達するとともに、この応答信号をアンテナ装置Ａ２を介して車載装置１０に送信する。このようにして応答信号が送信されることにより、上記受信装置１２ではアンテナ装置Ａ４を介してこれを受信するとともに、受信した応答信号を上記車両制御装置１４に伝達する。これにより車両制御装置１４では、前述のように、伝達された応答信号に含まれるＩＤコードと同制御装置１４が内蔵するメモリに予め記憶されているＩＤコードとの照合を行い、この照合を通じて互いのＩＤコードが一致している旨が判断されることに基づいて、制御対象であるドアロック機構を通じて車両ドアのアンロックなどを実行する。
【００２６】
ところで、こうした電子キーシステムでは、上述のように、ＵＨＦ帯のリクエスト信号や電力電波を上記通信エリアＳに、すなわち車両ドアの周辺に設定された半円形状のエリアに放射する必要がある。そこで、本実施形態では、通信エリアＳにリクエスト信号や電力電波を放射し易くするために、車両ドアに設けられたドアハンドルに上記アンテナ装置Ａ１，Ａ４を設けるようにしている。
【００２７】
次に、図２を参照して、車両ドアに設けられたドアハンドル装置の構造について詳述する。図２は、このドアハンドル装置の部分断面構造を示したものである。
同図２に示されるように、この車両ドアのアウタパネル４０の外周面には、ユーザの手が挿入される部分となる溝部４１が凹設されており、ドアハンドル装置３０では、この溝部４１の内壁面との間に間隙ＧＰを隔てて、アウタパネル４０に沿うようにドアハンドル３１が配設されている。ちなみに、ドアハンドル３１は、高剛性を有する樹脂材料により形成され、アウタパネル４０は、高張力鋼などの金属材料により形成されている。そして、ドアハンドル３１の溝部４１に対向する部分には、ユーザが把持する部分となる把持部３１ａが形成されている。また、このドアハンドル３１の一方の端部には、アウタパネル４０を貫通してその内部に設けられた支持部材４２に回動可能に支持される回動部３３が導出されている。さらに、ドアハンドル３１の他方の端部には、同じくアウタパネル４０を貫通してその内部に設けられたドア開閉機構のレバー（図示略）を操作するための操作部３２が導出されている。すなわち、このドアハンドル装置３０では、ユーザが間隙ＧＰに手を挿入して把持部３１ａを把持した後、ドアハンドル３１を図中の矢印ａで示す方向に引張り操作したとすると、上記支持部材４２を回転軸として上記操作部３２が引き出される方向にドアハンドル３１が回動する。そしてこのとき、車両ドアがロック状態になければ、上記操作部３２によってレバーが操作されて車両ドアが開放される。
【００２８】
一方、アウタパネル４０の内部には、上記送信装置１１や受信装置１２、無線電力送信装置１３（図示略）などが設けられるとともに、これら送信装置１１などと給電線１１ａを介して接続された上記アンテナ装置Ａ１，Ａ４がドアハンドル３１の内部に設けられている。なお、同図では、便宜上、アンテナ装置Ａ４の図示を割愛している。そして、例えば送信装置１１や無線電力送信装置１３が給電線１１ａを介してアンテナ装置Ａ１，Ａ４への給電を行ったとすると、これらのアンテナ装置Ａ１，Ａ４から上記通信エリアＳに対してリクエスト信号や電力電波が放射されることとなる。
【００２９】
このように、本実施形態では、ドアハンドル３１の内部にアンテナ装置Ａ１を配設することにより、アウタパネル４０の外周面とアンテナ装置Ａ１との間に、換言すれば車両ボディの外周面とアンテナ装置Ａ１との間に間隙ＧＰを形成するようにしている。ちなみに、このようにドアハンドル３１の内部にアンテナ装置Ａ１を配設すれば、上記溝部４１を利用してアンテナ装置Ａ１と車両ボディの外周面との間に間隙を容易に形成することができるようになる。
【００３０】
次に、図３を参照して、本実施形態にかかるアンテナ装置Ａ１の構造について詳述する。図３は、アンテナ装置Ａ１の構造を模式的に示したものである。
同図３に示されるように、このアンテナ装置Ａ１は、基本的には、ダイポールアンテナ５０によって構成されるものであって、上記溝部４１の内壁面と略平行に、換言すればアウタパネル４０と略平行に配設された２本のエレメント５１，５２と、上記給電線１１ａに接続されてエレメント５１，５２への給電を行う給電点５３とを有している。ちなみに、このダイポールアンテナ５０は、上記ＵＨＦ帯の無線電波の波長を「λ」とするとき、それぞれのエレメント５１，５２の長さが「λ／４」の長さに、すなわちアンテナの全長が「λ／２」の長さに設定された、いわゆる半波長ダイポールアンテナである。
【００３１】
ところで、上述した電子キーシステムでは、上記リクエスト信号や電力電波といったＵＨＦ帯の無線電波を上記通信エリアＳ全体に放射する必要があるため、アンテナ装置Ａ１の利得が高いことが望まれている。
【００３２】
そこで、本実施形態では、上記ダイポールアンテナ５０と間隙ＧＰをおいて対向配置されるアウタパネル４０の内壁面を、より詳細には溝部４１の内壁面を反射面として利用し、ダイポールアンテナ５０からアウタパネル４０に向けて放射される無線電波を上記通信エリアＳに向けて反射するようにしている。そして、このような電波反射構造を通じて反射された無線電波（反射波）を利用して通信エリアＳに放射される無線電波の強度を強めることで、アンテナの利得を高めるようにしている。具体的には、上述した構成を有するアンテナ装置Ａ１にあっては、ダイポールアンテナ５０からアウタパネル４０までの距離Ｌを「５ｍｍ」から「λ／４（＞５ｍｍ）」の範囲の長さに設定することが、上記通信エリアＳを形成して且つ、ダイポールアンテナ５０の利得を高める上で有効である。特に、ダイポールアンテナ５０からアウタパネル４０までの距離Ｌを「λ／４」の長さに設定することが、給電線１１ａとダイポールアンテナ５０との間のインピーダンス整合をとる上で非常に有効となる。このことは発明者らのシミュレーションによって確認されたものである。
【００３３】
図４〜図６は、発明者らによるシミュレーション結果を示したグラフである。次に、これら図４〜図６を参照して、発明者らによって確認された内容について詳述する。
はじめに、図４及び図５を参照して、ダイポールアンテナ５０からアウタパネル４０までの距離Ｌとダイポールアンテナ５０の利得との関係について説明する。図４（ａ）〜（ｄ）、及び図５（ａ）〜（ｄ）は、同距離Ｌを「１ｍｍ」、「５ｍｍ」、「１０ｍｍ」、「２０ｍｍ」、「４０ｍｍ」、「８０ｍｍ（≒λ／４）」、「１６０ｍｍ」、「３６０ｍｍ」にそれぞれ設定したときのダイポールアンテナ５０の指向特性をそれぞれ示したグラフである。なお、これらの図では、先の図３に示されるように、上記給電点５３を原点として、上記２本のエレメント５１，５２が延びる方向をｘ軸、同ｘ軸に直交する軸をｙ軸とするときに、ｘ軸から給電点５３を中心とした時計回りの角度θ（単位は「°」）を円周方向の軸に、無線電波の強度（単位は［ｄＢｉ］）を径方向の軸にとっている。また、図中の上方向を車両ドアの外側の方向にとるとともに、図中の下方向をアウタパネル４０側の方向にとっている。さらにここでは、上記アウタパネル４０を無限鉄板と仮定している。
【００３４】
同図４（ａ）〜（ｄ）、及び図５（ａ），（ｂ）に示されるように、ダイポールアンテナ５０からアウタパネル４０までの距離Ｌを「１ｍｍ」から「８０ｍｍ」の範囲の長さに設定した場合には、ダイポールアンテナ５０を中心に車両ドアの外側に略半円形状に広がるように無線電波が放射される。一方、図５（ｃ），（ｄ）に示されるように、同距離Ｌを「１６０ｍｍ」、あるいは「３６０ｍｍ」に設定した場合には、ダイポールアンテナ５０を中心に車両ドアの外側にハート型状に、あるいは変形ハート型状に広がるように無線電波が放射される。したがって、車両ドアの周辺に設定された半円形状の通信エリアＳに無線電波を放射するためには、上記距離Ｌを「１ｍｍ」から「８０ｍｍ」の範囲の長さに設定することが望ましい。
【００３５】
次に、上記距離Ｌを「１ｍｍ」から「８０ｍｍ」の範囲の長さに設定したときのアンテナの利得について検証する。まず、同図４（ａ）に示されるように、上記距離Ｌを「１ｍｍ」の長さに設定した場合には、ダイポールアンテナ５０の利得は「−３．６２［ｄＢｉ］」となり、ダイポールアンテナの絶対利得（２．１５［ｄＢｉ］）よりも小さくなってしまう。一方、図４（ｂ）〜（ｄ）、及び図５（ａ），（ｂ）に示されるように、上記距離Ｌを「５ｍｍ」から「８０ｍｍ」の長さに設定した場合には、ダイポールアンテナ５０の利得をその絶対利得よりも大きくすることができ、上記通信エリアＳに放射される無電電波の強度を強めることができる。
【００３６】
このように、ダイポールアンテナ５０からアウタパネル４０までの距離をＬとしたときに、「５ｍｍ≦Ｌ≦８０ｍｍ（≒λ／４）」なる関係を満足することが、車両ドアの周辺に半円形状の通信エリアを形成して且つ、アンテナの利得を高める上で有効である。
【００３７】
続いて、図６を参照して、ダイポールアンテナ５０からアウタパネル４０までの距離Ｌと、給電線１１ａとダイポールアンテナ５０との間のインピーダンス整合の関係について説明する。図６は、同距離Ｌを横軸に、上記給電点５３での反射係数を縦軸にとって、それらの関係を示したグラフである。
【００３８】
同図６に示されるように、ダイポールアンテナ５０の反射係数は、上記距離Ｌが短くなるほど大きくなるといった傾向があり、特に距離Ｌが「４０ｍｍ」よりも短い範囲で急激に大きくなる。すなわち、上記距離Ｌが「４０［ｍｍ］」よりも短い範囲では、給電線１１ａからダイポールアンテナ５０への給電が行われ難くなり、給電線１１ａとダイポールアンテナ５０との間のインピーダンス整合をとることが難しいことがわかる。このことは、上記距離Ｌが短くなるほど、すなわちダイポールアンテナ５０とアウタパネル４０とが近づくほどダイポールアンテナ５０のインピーダンスが小さくなることに起因している、といったことも発明者らによって確認されている。したがって、このグラフによれば、距離Ｌを「８０ｍｍ」よりも長く設定すれば、給電線１１ａとダイポールアンテナ５０との間のインピーダンス整合を取り易くなることがわかる。
【００３９】
そこで、本実施形態の車両用アンテナ装置では、先の図４〜図６に例示したシミュレーション結果をもとに、上記距離Ｌを「８０ｍｍ」、すなわち「λ／４」の長さに設定するようにしている。こうした構成によれば、シミュレーション結果からも明らかなように、車両ドアの周辺に半円形状の通信エリアを形成して且つ、アンテナの利得を高めることができるようになるとともに、給電線１１ａとダイポールアンテナ５０との間のインピーダンス整合をとり易くなる。
【００４０】
以上説明したように、本実施形態にかかる車両用アンテナ装置によれば、以下のような効果が得られるようになる。
（１）ドアハンドル３１の内部にダイポールアンテナ５０を配設した上で、ダイポールアンテナ５０からアウタパネル４０までの距離Ｌを、すなわちダイポールアンテナ５０から車両ボディまでの距離を「λ／４」の長さに設定するようにした。これにより、車両ドアの周辺に半円形状の通信エリアを形成して且つ、アンテナの利得を高めることができるようになるとともに、給電線１１ａとダイポールアンテナ５０との間のインピーダンス整合をとり易くなる。
【００４１】
（２）ドアハンドル３１の内部にダイポールアンテナ５０を配設した上で、ユーザがドアハンドル３１を把持する際に手を挿入する部分としてアウタパネル４０の外周面に凹設された溝部４１を利用してダイポールアンテナ５０とアウタパネル４０の外周面との間に間隙を形成するようにした。これにより、ダイポールアンテナ５０とアウタパネル４０の外周面との間に間隙を形成するといった構成を容易に実現することができるようになる。
【００４２】
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・上記実施形態では、ダイポールアンテナ５０からアウタパネル４０までの距離Ｌを「λ／４」の長さに設定するようにしたが、「５ｍｍ≦Ｌ＜８０ｍｍ（≒λ／４）」なる関係を満足するように距離Ｌを設定するようにしてもよい。このような構成であっても、車両ドアの周辺に半円形状の通信エリアＳを形成して且つ、アンテナの利得を高める上では有効である。
【００４３】
・上記実施形態では、ＵＨＦ帯の無線電波を送信するアンテナとしてダイポールアンテナ５０を用いるようにしたが、これに代えて、例えば図７に示されるように、上記２本のエレメント６１，６２を車両ボディ側にＶ字状に折り曲げ形成した、いわゆるＶ型ダイポールアンテナ６０を用いるようにしてもよい。図８（ａ），（ｂ）は、先の図４及び図５に対応する図として、発明者らによるシミュレーションを通じて求められた上記ダイポールアンテナ５０及びＶ型ダイポールアンテナ６０の指向特性を示したグラフである。なおここでは、便宜上、アウタパネル４０を「５００ｍｍ」四方の板材と仮定している。また、同板材をその中心がｙ軸上に位置するように配置するとともに、ダイポールアンテナ５０と板材との距離、及びＶ型ダイポールアンテナ６０と板材との距離を「１５ｍｍ」にそれぞれ設定している。さらに、先の図７に示されるように、Ｖ型ダイポールアンテナ６０の折り曲げ角度をφとしたとき、同角度φを「１６０°」に設定した場合について例示している。同図８（ａ），（ｂ）に示されるように、ダイポールアンテナ５０では、ｘ軸上の電波強度が「−９．９［ｄＢｉ］」となるが、Ｖ型ダイポールアンテナ６０では、ｘ軸上の電波強度が「−６．６［ｄＢｉ］」となる。すなわち、ダイポールアンテナ５０と比較すると、Ｖ型ダイポールアンテナ６０の方がアンテナの指向性をｘ軸の方向に、すなわち車両ボディに沿った方向に強めることができるようになる。このため、上記通信エリアＳを車両ボディに沿った方向に広げることができるため、通信エリアＳ上のヌル点を改善することができるようになる。
【００４４】
・また、ダイポールアンテナ５０に代えて、例えば図９に示すように、２本のエレメント７１，７２の先端部をエレメント７３によってそれぞれ接続した構造からなる折り返しダイポールアンテナ７０を用いるようにしてもよい。上述のように、ダイポールアンテナ５０からアウタパネル４０までの距離が短くなるほどダイポールアンテナ５０のインピーダンスが小さくなり、給電線とアンテナとの間のインピーダンス整合を取り難くなることが発明者らによって確認されている。したがって、ダイポールアンテナよりもインピーダンスの高い折り返しダイポールアンテナ７０を用いるようにすれば、アンテナからアウタパネルまでの距離を例えば「λ／４」よりも短くする場合であれ、給電線とアンテナとの間のインピーダンス整合をとり易くなる。
【００４５】
・上記実施形態では、ＵＨＦ帯の無線電波を放射するアンテナとしてダイポールアンテナを用いるようにしたが、各種車両のドアハンドルの形状などに合わせて、例えばモノポールアンテナなどの線状アンテナ、あるいは逆Ｆアンテナや逆Ｌアンテナなどの板状アンテナを用いるようにしてもよい。
【００４６】
・上記実施形態及びその変形例では、ダイポールアンテナ５０などのアンテナと車両ボディとの間に間隙を設けるために、同アンテナをドアハンドル３１の内部に設けるようにした。これに代えて、例えば適宜の樹脂ケースなどにアンテナを収容するとともに、同樹脂ケースを車両ボディの外周面に沿って固定配設した上で、車両ボディのアンテナが対向する部分に適宜の凹部を形成することにより、アンテナと車両ボディとの間に間隙を設けるようにしてもよい。このような構成を採用すれば、例えばドアハンドルの内部にアンテナを設けることが難しい車両に対しても本実施形態にかかる車両用アンテナ装置を搭載することが可能となる。要は、車両ボディの外周面とアンテナとの間に間隙が形成されるとともに、車両ボディの外周面を反射面として利用し、車両ボディの周辺に設定された通信エリアに放射される無線電波の強度を強める態様にてアンテナから車両ボディの外周面に向けて放射される無線電波を通信エリアに向けて反射する構造が設けられていればよい。
（付記）
次に、上記実施形態及びその変形例から把握できる技術的思想について追記する。
【００４７】
（イ）請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両用アンテナ装置において、前記ダイポールアンテナは、同アンテナを構成する２本のエレメントが前記車両ボディの側にＶ字状に折り曲げ形成されてなることを特徴とする車両用アンテナ装置。同構成によれば、車両ボディの外周面と平行となるように２本のエレメントを配置した場合と比較すると、ダイポールアンテナの指向性を車両ボディの外周面に沿った方向に強めることができるため、上記通信エリアを車両ボディの外周面に沿った方向に広げることができるようになる。
【００４８】
（ロ）請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両用アンテナ装置において、前記アンテナは、前記２本のエレメントの先端部をエレメントによってそれぞれ接続した構造からなる折り返しダイポールアンテナであることを特徴とする車両用アンテナ装置。アンテナから反射面までの距離が短くなるほど、アンテナのインピーダンスが小さくなり、アンテナとその給電線との間のインピーダンス整合をとり難くなることが発明者らによって確認されている。この点、上記構成によるように、ＵＨＦ帯の無線電波を放射するアンテナとして、いわゆる折り返しダイポールアンテナを採用すれば、アンテナのインピーダンスを大きくすることができるため、アンテナから反射面までの距離を短くする場合であれ、アンテナとその給電線との間のインピーダンス整合をとり易くなる。
【符号の説明】
【００４９】
Ｌ…距離、Ｓ…通信エリア、Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４…アンテナ装置、ＧＰ…間隙、１０…車載装置、１１，２２，８１…送信装置、１１ａ…給電線、１２，２１，８２…受信装置、１３…無線電力送信装置、１４，８３…車両制御装置、１５…制御対象、２０，９０…携帯機、２３…携帯機制御装置、２４…整流装置、２５…電源装置、３０…ドアハンドル装置、３１…ドアハンドル、３１ａ…把持部、３２…操作部、３３…回動部、４０…アウタパネル、４１…溝部、４２…支持部材、５０…ダイポールアンテナ、５１，５２，６１，６２，７１〜７３…エレメント、５３…給電点、６０…Ｖ型ダイポールアンテナ、７０…折り返しダイポールアンテナ、８０…車両。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば車両ボディの周辺に設定された通信エリアに無線電波を放射するための車両用アンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば携帯機（電子キー）を所持したユーザが車両ドアに接近したときに車両ドアのアンロックなどを自動的に実行する、いわゆる電子キーシステムが周知である。そして従来、このような電子キーシステムとしては、例えば特許文献１に記載のシステムが知られている。図１０に、この特許文献１に記載のシステムも含めて、従来一般に採用されている電子キーシステムの概要を示す。
【０００３】
同図１０に示されるように、この電子キーシステムでは、例えば車両８０のドアに設けられた送信装置８１から車両ドアの周辺に設定された半円形状の通信エリアＳにリクエスト信号を放射する。また、この電子キーシステムでは、上記送信装置８１から放射されたリクエスト信号を受信するとともに、受信したリクエスト信号に対して識別コード（ＩＤコード）などを含む応答信号を送信する携帯機９０をユーザが所持する。すなわち、携帯機９０を所持したユーザが通信エリアＳに進入することによって、同携帯機９０から応答信号が送信される。そしてこのシステムにおいて、携帯機９０から送信された応答信号は車室内に設けられた受信装置８２によって受信されるとともに、車両８０にかかる各種制御を統括的に実行する車両制御装置８３に伝達される。同制御装置８３では、伝達された応答信号に含まれるＩＤコードと同制御装置８３内のメモリに予め記憶されているＩＤコードとの照合を行い、この照合を通じて互いのＩＤコードが一致している旨を判断すると、例えば車両ドアに設けられているドアロック装置８４を通じて車両ドアをアンロックする。このような電子キーシステムによれば、ユーザの直接的な手動操作によることなく車両８０の各種操作が自動的に行われるようになるため、車両８０の操作にかかる利便性が大きく向上するようになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３１１３３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、このような電子キーシステムに用いられる携帯機９０は、一般に、内蔵される電池を電源としているため、電池切れが生じると、車両８０との無線通信を行うことができなくなってしまう。このためユーザは、電池切れが生じる度に携帯機９０の電池を交換する必要があり、こうした作業をユーザが煩わしく感じるおそれがある。
【０００６】
そこで発明者らは、無線電力伝送技術を利用することにより、携帯機９０に内蔵された電池を排除するといった方法を提案している。具体的には、携帯機９０の電源電圧となるＵＨＦ帯の無線電波を車両８０から携帯機９０に放射する。そして携帯機９０では、車両８０から放射された無線電波を受信すると、同無線電波を整流して電源電圧を得る。こうした方法を採用すれば、ユーザによる携帯機９０の電池交換が不要となるため、上述したユーザの煩わしさを好適に解消することが可能となる。
【０００７】
ただし、上述した電子キーシステムでは、携帯機９０が上記通信エリアＳ内に進入したときに同携帯機９０が無線通信を行うことができる状態になっている必要があることから、上記ＵＨＦ帯の無線電波を上記通信エリアＳ全体に放射する必要がある。このため、ＵＨＦ帯の無線電波を上記通信エリアＳ全体に放射することのできる高利得なアンテナ装置が望まれているといった実情がある。
【０００８】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＵＨＦ帯の無線電波を放射するにあたり、アンテナの利得を高めることのできる車両用アンテナ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、車両ボディに設けられたアンテナを備え、該アンテナを通じて前記車両ボディの周辺に設定された通信エリアに向けてＵＨＦ帯の無線電波を放射する車両用アンテナ装置であって、前記車両ボディの外周面と前記アンテナとの間に間隙が形成されるとともに、前記アンテナと前記間隙を置いて対向配置される前記車両ボディの外周面を反射面として利用し、前記通信エリアに放射される無線電波の強度を強める態様にて前記アンテナから前記車両ボディの外周面に向けて放射される無線電波を前記通信エリアに向けて反射する電波反射構造を有することを要旨としている。
【００１０】
同構成によれば、アンテナから通信エリアに向けて無線電波を放射する際に、同アンテナから車両ボディの外周面に向けて放射される無線電波を電波反射構造によって通信エリアに反射することができるため、反射された無線電波を利用して通信エリアに向けて放射される無線電波の強度を強めることができるようになる。このため、ＵＨＦ帯の無線電波を放射するにあたり、アンテナの利得を高めることができるようになる。
【００１１】
そしてこの場合、具体的には請求項２に記載の発明によるように、前記アンテナが、前記車両ボディの外周面に沿うように配設されるとともに、前記車両ボディの前記アンテナが対向する部分には、前記間隙を形成する態様にて凹部が形成され、前記反射面が、前記アンテナに対向する前記凹部の内壁面からなるといった構成を採用すれば、車両ボディの外周面とアンテナとの間に間隙を形成するといった構造を容易に実現することができるようになる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の車両用アンテナ装置において、前記車両ボディの周辺に設定された通信エリアが、車両ドアの周辺に設定された半円形状の通信エリアであって、前記アンテナが、前記車両ドアに設けられたドアハンドルの内部に配設されるとともに、前記凹部が、ユーザが前記ドアハンドルを把持する際に手を挿入する部分として前記車両ドアの外周面に凹設された溝部からなることを要旨としている。
【００１３】
同構成によれば、ユーザがドアハンドルを把持する際に自身の指を挿入する部分として車両ドアの外周面に凹設される溝部を上記凹部として流用することができるため、車両ボディの外周面とアンテナとの間に間隙を形成するといった構造を更に容易に実現することができるようになる。
【００１４】
そしてこの場合、具体的には請求項４に記載の発明によるように、ＵＨＦ帯の無線電波を放射するアンテナとして、例えばダイポールアンテナを用いるようにすれば、ドアハンドルの内部にアンテナを容易に配設することができるようになる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の車両用アンテナ装置において、前記無線電波の波長を「λ」とするとき、前記２本のエレメントの長さが「λ／４」の長さにそれぞれ設定されるとともに、前記ダイポールアンテナから前記反射面までの距離をＬとするとき、「５ｍｍ≦Ｌ≦λ／４」なる関係を満足することを要旨としている。
【００１６】
ＵＨＦ帯の無線電波を放射するアンテナとしてダイポールアンテナを用いるようにした場合には、同アンテナから反射面までの距離Ｌを「５ｍｍ」から「λ／４（＞５ｍｍ）」の範囲の長さに設定すると、車両ドアの周辺に半円形状の通信エリアを形成しつつ、ダイポールアンテナの利得がその絶対利得よりも大きくなることが発明者らによって確認されている。このため、上記構成によるように、「５ｍｍ≦Ｌ≦λ／４」なる関係を満足することが、車両ドアの周辺に半円形状の通信エリアを形成して且つ、アンテナの利得を高める上で有効である。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の車両用アンテナ装置において、前記ダイポールアンテナから前記反射面までの距離Ｌが、「λ／４」の長さに設定されてなることを要旨としている。
【００１８】
ＵＨＦ帯の無線電波を放射するアンテナとしてダイポールアンテナを用いるようにした場合には、アンテナから反射面までの距離を「λ／４」の長さに設定すると、ダイポールアンテナとその給電線との間のインピーダンス整合をとり易くなることが発明者らによって確認されている。したがって、上記構成によるように、アンテナから反射面までの距離を「λ／４」の長さに設定すれば、車両ドアの周辺に半円形状の通信エリアを形成して且つ、アンテナの利得を高めることができるとともに、ダイポールアンテナとその給電線との間のインピーダンス整合をとり易くなる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明にかかる車両用アンテナ装置によれば、ＵＨＦ帯の無線電波を放射するにあたり、アンテナの利得を高めることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明にかかる車両用アンテナ装置の一実施形態について同装置を利用した車両の電子キーシステムのシステム構成を示すブロック図。
【図２】同実施形態の車両用アンテナ装置が設けられる車両のドアハンドル装置の破断断面構造を示す断面図。
【図３】同実施形態の車両用アンテナ装置の構造を模式的に示す平面図。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、ダイポールアンテナからアウタパネルまでの距離を「１ｍｍ」、「５ｍｍ」、「１０ｍｍ」、及び「２０ｍｍ」にそれぞれ設定したときのダイポールアンテナの指向特性を示す指向性図。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、ダイポールアンテナからアウタパネルまでの距離を「４０ｍｍ」、「８０ｍｍ」、「１６０ｍｍ」、及び「３２０ｍｍ」にそれぞれ設定したときのダイポールアンテナの指向特性を示す指向性図。
【図６】ダイポールアンテナからアウタパネルまでの距離と同ダイポールアンテナの給電点での反射係数との関係を示すグラフ。
【図７】同実施形態の車両用アンテナ装置の変形例についてその構造を模式的に示す平面図。
【図８】（ａ），（ｂ）は、ダイポールアンテナ及びＶ型ダイポールアンテナのそれぞれの指向特性を示す指向性図。
【図９】同実施形態の車両用アンテナ装置の他の変形例についてその構造を模式的に示す平面図。
【図１０】従来の車両の電子キーシステムの概要を模式的に示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明にかかる車両用アンテナ装置を、電子キーシステムの車両のアンテナ装置に適用した一実施形態について図１〜図６を参照して説明する。なお、この電子キーシステムの基本構成は、先の図１０に例示した電子キーシステムと同様である。図１は、こうした電子キーシステムのシステム構成をブロック図として示したものであり、はじめに、同図１を参照して、この電子キーシステムの構成、動作をより具体的に説明する。
【００２２】
同図１に示されるように、この電子キーシステムでも、車両側に搭載された車載装置１０とユーザが携帯所持する携帯機２０との間で、無線通信による各種通信制御が実行される。
【００２３】
ここで、車載装置１０には、ＵＨＦ帯のリクエスト信号を上記通信エリアＳに放射する送信装置１１とともに、携帯機２０から送信されるＵＨＦ帯の応答信号を受信する受信装置１２が設けられている。また、この車載装置１０には、携帯機２０の電源電圧となるＵＨＦ帯の無線電波である電力電波を上記通信エリアＳに放射する無線電力送信装置１３も設けられている。そして、送信装置１１による上記リクエスト信号の放射制御、受信装置１２を通じて受信される上記応答信号の処理、並びに無線電力送信装置１３による上記電力電波の放射制御が、同じく車載装置１０に設けられている車両制御装置１４を通じて統括的に実行される。ちなみにこの車両制御装置１４は、例えば前述したドアロック装置などの制御対象１５を制御する部分でもある。
【００２４】
一方、携帯機２０には、車載装置１０から放射される上記リクエスト信号を受信する受信装置２１とともに、受信したリクエスト信号に対して上記応答信号を車載装置１０に送信する送信装置２２が設けられている。そして、受信装置２１を通じて受信されるリクエスト信号に基づく上記応答信号の生成、及びこの生成した応答信号の上記送信装置２２を通じての送信制御が、同じく携帯機２０に設けられている携帯機制御装置２３を通じて統括的に行われる。また、この携帯機２０には、車載装置１０から放射される上記電力電波を受信してこれを整流する整流装置２４とともに、同整流装置２４で整流された電気エネルギを蓄積して携帯機制御装置２３などを動作させる電源電圧を生成する電源装置２５も設けられている。
【００２５】
このように構成された電子キーシステムにあって、無線電力送信装置１３からアンテナ装置Ａ１を介して上記通信エリアＳに対して電力電波が放射されているとするとき、ユーザが所持する携帯機２０がこの通信エリアＳに進入したとすると、次のような態様にて車載装置１０及び携帯機２０の間で信号の授受が実行される。すなわちこのシステムでは、上記無線電力送信装置１３から放射された電力電波が上記整流装置２４によりアンテナ装置Ａ３を介して受信されるとともに、同整流装置２４では、同電力電波を整流してその電気エネルギを電源装置２５に伝達する。電源装置２５では、こうして電気エネルギが伝達されると、同電気エネルギを蓄積して電源電圧を生成するとともに、生成した電源電圧を受信装置２１や携帯機制御装置２３などの携帯機２０に搭載される各種電子部品に印加してこれらを駆動させる。続いて、上記送信装置１１からアンテナ装置Ａ４を介して上記通信エリアＳに対してリクエスト信号が放射されると、この放射されたリクエスト信号が受信装置２１によりアンテナ装置Ａ２を介して受信されるとともに、受信したリクエスト信号が上記携帯機制御装置２３に伝達される。携帯機制御装置２３ではこうしてリクエスト信号が伝達されると、内蔵するメモリに記憶されている識別コード（ＩＤコード）を含む応答信号を生成してこれを上記送信装置２２へ伝達するとともに、この応答信号をアンテナ装置Ａ２を介して車載装置１０に送信する。このようにして応答信号が送信されることにより、上記受信装置１２ではアンテナ装置Ａ４を介してこれを受信するとともに、受信した応答信号を上記車両制御装置１４に伝達する。これにより車両制御装置１４では、前述のように、伝達された応答信号に含まれるＩＤコードと同制御装置１４が内蔵するメモリに予め記憶されているＩＤコードとの照合を行い、この照合を通じて互いのＩＤコードが一致している旨が判断されることに基づいて、制御対象であるドアロック機構を通じて車両ドアのアンロックなどを実行する。
【００２６】
ところで、こうした電子キーシステムでは、上述のように、ＵＨＦ帯のリクエスト信号や電力電波を上記通信エリアＳに、すなわち車両ドアの周辺に設定された半円形状のエリアに放射する必要がある。そこで、本実施形態では、通信エリアＳにリクエスト信号や電力電波を放射し易くするために、車両ドアに設けられたドアハンドルに上記アンテナ装置Ａ１，Ａ４を設けるようにしている。
【００２７】
次に、図２を参照して、車両ドアに設けられたドアハンドル装置の構造について詳述する。図２は、このドアハンドル装置の部分断面構造を示したものである。
同図２に示されるように、この車両ドアのアウタパネル４０の外周面には、ユーザの手が挿入される部分となる溝部４１が凹設されており、ドアハンドル装置３０では、この溝部４１の内壁面との間に間隙ＧＰを隔てて、アウタパネル４０に沿うようにドアハンドル３１が配設されている。ちなみに、ドアハンドル３１は、高剛性を有する樹脂材料により形成され、アウタパネル４０は、高張力鋼などの金属材料により形成されている。そして、ドアハンドル３１の溝部４１に対向する部分には、ユーザが把持する部分となる把持部３１ａが形成されている。また、このドアハンドル３１の一方の端部には、アウタパネル４０を貫通してその内部に設けられた支持部材４２に回動可能に支持される回動部３３が導出されている。さらに、ドアハンドル３１の他方の端部には、同じくアウタパネル４０を貫通してその内部に設けられたドア開閉機構のレバー（図示略）を操作するための操作部３２が導出されている。すなわち、このドアハンドル装置３０では、ユーザが間隙ＧＰに手を挿入して把持部３１ａを把持した後、ドアハンドル３１を図中の矢印ａで示す方向に引張り操作したとすると、上記支持部材４２を回転軸として上記操作部３２が引き出される方向にドアハンドル３１が回動する。そしてこのとき、車両ドアがロック状態になければ、上記操作部３２によってレバーが操作されて車両ドアが開放される。
【００２８】
一方、アウタパネル４０の内部には、上記送信装置１１や受信装置１２、無線電力送信装置１３（図示略）などが設けられるとともに、これら送信装置１１などと給電線１１ａを介して接続された上記アンテナ装置Ａ１，Ａ４がドアハンドル３１の内部に設けられている。なお、同図では、便宜上、アンテナ装置Ａ４の図示を割愛している。そして、例えば送信装置１１や無線電力送信装置１３が給電線１１ａを介してアンテナ装置Ａ１，Ａ４への給電を行ったとすると、これらのアンテナ装置Ａ１，Ａ４から上記通信エリアＳに対してリクエスト信号や電力電波が放射されることとなる。
【００２９】
このように、本実施形態では、ドアハンドル３１の内部にアンテナ装置Ａ１を配設することにより、アウタパネル４０の外周面とアンテナ装置Ａ１との間に、換言すれば車両ボディの外周面とアンテナ装置Ａ１との間に間隙ＧＰを形成するようにしている。ちなみに、このようにドアハンドル３１の内部にアンテナ装置Ａ１を配設すれば、上記溝部４１を利用してアンテナ装置Ａ１と車両ボディの外周面との間に間隙を容易に形成することができるようになる。
【００３０】
次に、図３を参照して、本実施形態にかかるアンテナ装置Ａ１の構造について詳述する。図３は、アンテナ装置Ａ１の構造を模式的に示したものである。
同図３に示されるように、このアンテナ装置Ａ１は、基本的には、ダイポールアンテナ５０によって構成されるものであって、上記溝部４１の内壁面と略平行に、換言すればアウタパネル４０と略平行に配設された２本のエレメント５１，５２と、上記給電線１１ａに接続されてエレメント５１，５２への給電を行う給電点５３とを有している。ちなみに、このダイポールアンテナ５０は、上記ＵＨＦ帯の無線電波の波長を「λ」とするとき、それぞれのエレメント５１，５２の長さが「λ／４」の長さに、すなわちアンテナの全長が「λ／２」の長さに設定された、いわゆる半波長ダイポールアンテナである。
【００３１】
ところで、上述した電子キーシステムでは、上記リクエスト信号や電力電波といったＵＨＦ帯の無線電波を上記通信エリアＳ全体に放射する必要があるため、アンテナ装置Ａ１の利得が高いことが望まれている。
【００３２】
そこで、本実施形態では、上記ダイポールアンテナ５０と間隙ＧＰをおいて対向配置されるアウタパネル４０の内壁面を、より詳細には溝部４１の内壁面を反射面として利用し、ダイポールアンテナ５０からアウタパネル４０に向けて放射される無線電波を上記通信エリアＳに向けて反射するようにしている。そして、このような電波反射構造を通じて反射された無線電波（反射波）を利用して通信エリアＳに放射される無線電波の強度を強めることで、アンテナの利得を高めるようにしている。具体的には、上述した構成を有するアンテナ装置Ａ１にあっては、ダイポールアンテナ５０からアウタパネル４０までの距離Ｌを「５ｍｍ」から「λ／４（＞５ｍｍ）」の範囲の長さに設定することが、上記通信エリアＳを形成して且つ、ダイポールアンテナ５０の利得を高める上で有効である。特に、ダイポールアンテナ５０からアウタパネル４０までの距離Ｌを「λ／４」の長さに設定することが、給電線１１ａとダイポールアンテナ５０との間のインピーダンス整合をとる上で非常に有効となる。このことは発明者らのシミュレーションによって確認されたものである。
【００３３】
図４〜図６は、発明者らによるシミュレーション結果を示したグラフである。次に、これら図４〜図６を参照して、発明者らによって確認された内容について詳述する。
はじめに、図４及び図５を参照して、ダイポールアンテナ５０からアウタパネル４０までの距離Ｌとダイポールアンテナ５０の利得との関係について説明する。図４（ａ）〜（ｄ）、及び図５（ａ）〜（ｄ）は、同距離Ｌを「１ｍｍ」、「５ｍｍ」、「１０ｍｍ」、「２０ｍｍ」、「４０ｍｍ」、「８０ｍｍ（≒λ／４）」、「１６０ｍｍ」、「３６０ｍｍ」にそれぞれ設定したときのダイポールアンテナ５０の指向特性をそれぞれ示したグラフである。なお、これらの図では、先の図３に示されるように、上記給電点５３を原点として、上記２本のエレメント５１，５２が延びる方向をｘ軸、同ｘ軸に直交する軸をｙ軸とするときに、ｘ軸から給電点５３を中心とした時計回りの角度θ（単位は「°」）を円周方向の軸に、無線電波の強度（単位は［ｄＢｉ］）を径方向の軸にとっている。また、図中の上方向を車両ドアの外側の方向にとるとともに、図中の下方向をアウタパネル４０側の方向にとっている。さらにここでは、上記アウタパネル４０を無限鉄板と仮定している。
【００３４】
同図４（ａ）〜（ｄ）、及び図５（ａ），（ｂ）に示されるように、ダイポールアンテナ５０からアウタパネル４０までの距離Ｌを「１ｍｍ」から「８０ｍｍ」の範囲の長さに設定した場合には、ダイポールアンテナ５０を中心に車両ドアの外側に略半円形状に広がるように無線電波が放射される。一方、図５（ｃ），（ｄ）に示されるように、同距離Ｌを「１６０ｍｍ」、あるいは「３６０ｍｍ」に設定した場合には、ダイポールアンテナ５０を中心に車両ドアの外側にハート型状に、あるいは変形ハート型状に広がるように無線電波が放射される。したがって、車両ドアの周辺に設定された半円形状の通信エリアＳに無線電波を放射するためには、上記距離Ｌを「１ｍｍ」から「８０ｍｍ」の範囲の長さに設定することが望ましい。
【００３５】
次に、上記距離Ｌを「１ｍｍ」から「８０ｍｍ」の範囲の長さに設定したときのアンテナの利得について検証する。まず、同図４（ａ）に示されるように、上記距離Ｌを「１ｍｍ」の長さに設定した場合には、ダイポールアンテナ５０の利得は「−３．６２［ｄＢｉ］」となり、ダイポールアンテナの絶対利得（２．１５［ｄＢｉ］）よりも小さくなってしまう。一方、図４（ｂ）〜（ｄ）、及び図５（ａ），（ｂ）に示されるように、上記距離Ｌを「５ｍｍ」から「８０ｍｍ」の長さに設定した場合には、ダイポールアンテナ５０の利得をその絶対利得よりも大きくすることができ、上記通信エリアＳに放射される無電電波の強度を強めることができる。
【００３６】
このように、ダイポールアンテナ５０からアウタパネル４０までの距離をＬとしたときに、「５ｍｍ≦Ｌ≦８０ｍｍ（≒λ／４）」なる関係を満足することが、車両ドアの周辺に半円形状の通信エリアを形成して且つ、アンテナの利得を高める上で有効である。
【００３７】
続いて、図６を参照して、ダイポールアンテナ５０からアウタパネル４０までの距離Ｌと、給電線１１ａとダイポールアンテナ５０との間のインピーダンス整合の関係について説明する。図６は、同距離Ｌを横軸に、上記給電点５３での反射係数を縦軸にとって、それらの関係を示したグラフである。
【００３８】
同図６に示されるように、ダイポールアンテナ５０の反射係数は、上記距離Ｌが短くなるほど大きくなるといった傾向があり、特に距離Ｌが「４０ｍｍ」よりも短い範囲で急激に大きくなる。すなわち、上記距離Ｌが「４０［ｍｍ］」よりも短い範囲では、給電線１１ａからダイポールアンテナ５０への給電が行われ難くなり、給電線１１ａとダイポールアンテナ５０との間のインピーダンス整合をとることが難しいことがわかる。このことは、上記距離Ｌが短くなるほど、すなわちダイポールアンテナ５０とアウタパネル４０とが近づくほどダイポールアンテナ５０のインピーダンスが小さくなることに起因している、といったことも発明者らによって確認されている。したがって、このグラフによれば、距離Ｌを「８０ｍｍ」よりも長く設定すれば、給電線１１ａとダイポールアンテナ５０との間のインピーダンス整合を取り易くなることがわかる。
【００３９】
そこで、本実施形態の車両用アンテナ装置では、先の図４〜図６に例示したシミュレーション結果をもとに、上記距離Ｌを「８０ｍｍ」、すなわち「λ／４」の長さに設定するようにしている。こうした構成によれば、シミュレーション結果からも明らかなように、車両ドアの周辺に半円形状の通信エリアを形成して且つ、アンテナの利得を高めることができるようになるとともに、給電線１１ａとダイポールアンテナ５０との間のインピーダンス整合をとり易くなる。
【００４０】
以上説明したように、本実施形態にかかる車両用アンテナ装置によれば、以下のような効果が得られるようになる。
（１）ドアハンドル３１の内部にダイポールアンテナ５０を配設した上で、ダイポールアンテナ５０からアウタパネル４０までの距離Ｌを、すなわちダイポールアンテナ５０から車両ボディまでの距離を「λ／４」の長さに設定するようにした。これにより、車両ドアの周辺に半円形状の通信エリアを形成して且つ、アンテナの利得を高めることができるようになるとともに、給電線１１ａとダイポールアンテナ５０との間のインピーダンス整合をとり易くなる。
【００４１】
（２）ドアハンドル３１の内部にダイポールアンテナ５０を配設した上で、ユーザがドアハンドル３１を把持する際に手を挿入する部分としてアウタパネル４０の外周面に凹設された溝部４１を利用してダイポールアンテナ５０とアウタパネル４０の外周面との間に間隙を形成するようにした。これにより、ダイポールアンテナ５０とアウタパネル４０の外周面との間に間隙を形成するといった構成を容易に実現することができるようになる。
【００４２】
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・上記実施形態では、ダイポールアンテナ５０からアウタパネル４０までの距離Ｌを「λ／４」の長さに設定するようにしたが、「５ｍｍ≦Ｌ＜８０ｍｍ（≒λ／４）」なる関係を満足するように距離Ｌを設定するようにしてもよい。このような構成であっても、車両ドアの周辺に半円形状の通信エリアＳを形成して且つ、アンテナの利得を高める上では有効である。
【００４３】
・上記実施形態では、ＵＨＦ帯の無線電波を送信するアンテナとしてダイポールアンテナ５０を用いるようにしたが、これに代えて、例えば図７に示されるように、上記２本のエレメント６１，６２を車両ボディ側にＶ字状に折り曲げ形成した、いわゆるＶ型ダイポールアンテナ６０を用いるようにしてもよい。図８（ａ），（ｂ）は、先の図４及び図５に対応する図として、発明者らによるシミュレーションを通じて求められた上記ダイポールアンテナ５０及びＶ型ダイポールアンテナ６０の指向特性を示したグラフである。なおここでは、便宜上、アウタパネル４０を「５００ｍｍ」四方の板材と仮定している。また、同板材をその中心がｙ軸上に位置するように配置するとともに、ダイポールアンテナ５０と板材との距離、及びＶ型ダイポールアンテナ６０と板材との距離を「１５ｍｍ」にそれぞれ設定している。さらに、先の図７に示されるように、Ｖ型ダイポールアンテナ６０の折り曲げ角度をφとしたとき、同角度φを「１６０°」に設定した場合について例示している。同図８（ａ），（ｂ）に示されるように、ダイポールアンテナ５０では、ｘ軸上の電波強度が「−９．９［ｄＢｉ］」となるが、Ｖ型ダイポールアンテナ６０では、ｘ軸上の電波強度が「−６．６［ｄＢｉ］」となる。すなわち、ダイポールアンテナ５０と比較すると、Ｖ型ダイポールアンテナ６０の方がアンテナの指向性をｘ軸の方向に、すなわち車両ボディに沿った方向に強めることができるようになる。このため、上記通信エリアＳを車両ボディに沿った方向に広げることができるため、通信エリアＳ上のヌル点を改善することができるようになる。
【００４４】
・また、ダイポールアンテナ５０に代えて、例えば図９に示すように、２本のエレメント７１，７２の先端部をエレメント７３によってそれぞれ接続した構造からなる折り返しダイポールアンテナ７０を用いるようにしてもよい。上述のように、ダイポールアンテナ５０からアウタパネル４０までの距離が短くなるほどダイポールアンテナ５０のインピーダンスが小さくなり、給電線とアンテナとの間のインピーダンス整合を取り難くなることが発明者らによって確認されている。したがって、ダイポールアンテナよりもインピーダンスの高い折り返しダイポールアンテナ７０を用いるようにすれば、アンテナからアウタパネルまでの距離を例えば「λ／４」よりも短くする場合であれ、給電線とアンテナとの間のインピーダンス整合をとり易くなる。
【００４５】
・上記実施形態では、ＵＨＦ帯の無線電波を放射するアンテナとしてダイポールアンテナを用いるようにしたが、各種車両のドアハンドルの形状などに合わせて、例えばモノポールアンテナなどの線状アンテナ、あるいは逆Ｆアンテナや逆Ｌアンテナなどの板状アンテナを用いるようにしてもよい。
【００４６】
・上記実施形態及びその変形例では、ダイポールアンテナ５０などのアンテナと車両ボディとの間に間隙を設けるために、同アンテナをドアハンドル３１の内部に設けるようにした。これに代えて、例えば適宜の樹脂ケースなどにアンテナを収容するとともに、同樹脂ケースを車両ボディの外周面に沿って固定配設した上で、車両ボディのアンテナが対向する部分に適宜の凹部を形成することにより、アンテナと車両ボディとの間に間隙を設けるようにしてもよい。このような構成を採用すれば、例えばドアハンドルの内部にアンテナを設けることが難しい車両に対しても本実施形態にかかる車両用アンテナ装置を搭載することが可能となる。要は、車両ボディの外周面とアンテナとの間に間隙が形成されるとともに、車両ボディの外周面を反射面として利用し、車両ボディの周辺に設定された通信エリアに放射される無線電波の強度を強める態様にてアンテナから車両ボディの外周面に向けて放射される無線電波を通信エリアに向けて反射する構造が設けられていればよい。
（付記）
次に、上記実施形態及びその変形例から把握できる技術的思想について追記する。
【００４７】
（イ）請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両用アンテナ装置において、前記ダイポールアンテナは、同アンテナを構成する２本のエレメントが前記車両ボディの側にＶ字状に折り曲げ形成されてなることを特徴とする車両用アンテナ装置。同構成によれば、車両ボディの外周面と平行となるように２本のエレメントを配置した場合と比較すると、ダイポールアンテナの指向性を車両ボディの外周面に沿った方向に強めることができるため、上記通信エリアを車両ボディの外周面に沿った方向に広げることができるようになる。
【００４８】
（ロ）請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両用アンテナ装置において、前記アンテナは、前記２本のエレメントの先端部をエレメントによってそれぞれ接続した構造からなる折り返しダイポールアンテナであることを特徴とする車両用アンテナ装置。アンテナから反射面までの距離が短くなるほど、アンテナのインピーダンスが小さくなり、アンテナとその給電線との間のインピーダンス整合をとり難くなることが発明者らによって確認されている。この点、上記構成によるように、ＵＨＦ帯の無線電波を放射するアンテナとして、いわゆる折り返しダイポールアンテナを採用すれば、アンテナのインピーダンスを大きくすることができるため、アンテナから反射面までの距離を短くする場合であれ、アンテナとその給電線との間のインピーダンス整合をとり易くなる。
【符号の説明】
【００４９】
Ｌ…距離、Ｓ…通信エリア、Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４…アンテナ装置、ＧＰ…間隙、１０…車載装置、１１，２２，８１…送信装置、１１ａ…給電線、１２，２１，８２…受信装置、１３…無線電力送信装置、１４，８３…車両制御装置、１５…制御対象、２０，９０…携帯機、２３…携帯機制御装置、２４…整流装置、２５…電源装置、３０…ドアハンドル装置、３１…ドアハンドル、３１ａ…把持部、３２…操作部、３３…回動部、４０…アウタパネル、４１…溝部、４２…支持部材、５０…ダイポールアンテナ、５１，５２，６１，６２，７１〜７３…エレメント、５３…給電点、６０…Ｖ型ダイポールアンテナ、７０…折り返しダイポールアンテナ、８０…車両。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両ボディに設けられたアンテナを備え、該アンテナを通じて前記車両ボディの周辺に設定された通信エリアに向けてＵＨＦ帯の無線電波を放射する車両用アンテナ装置であって、
前記車両ボディの外周面と前記アンテナとの間に間隙が形成されるとともに、前記アンテナと前記間隙を置いて対向配置される前記車両ボディの外周面を反射面として利用し、前記通信エリアに放射される無線電波の強度を強める態様にて前記アンテナから前記車両ボディの外周面に向けて放射される無線電波を前記通信エリアに向けて反射する電波反射構造を有する
ことを特徴とする車両用アンテナ装置。
【請求項２】
前記アンテナが、前記車両ボディの外周面に沿うように配設されるとともに、前記車両ボディの前記アンテナが対向する部分には、前記間隙を形成する態様にて凹部が形成され、前記反射面が、前記アンテナに対向する前記凹部の内壁面からなる
請求項１に記載の車両用アンテナ装置。
【請求項３】
前記車両ボディの周辺に設定された通信エリアが、車両ドアの周辺に設定された半円形状の通信エリアであって、前記アンテナが、前記車両ドアに設けられたドアハンドルの内部に配設されるとともに、前記凹部が、ユーザが前記ドアハンドルを把持する際に手を挿入する部分として前記車両ドアの外周面に凹設された溝部からなる
請求項２に記載の車両用アンテナ装置。
【請求項４】
前記アンテナは、前記車両ボディの外周面と平行となるように配設された２本のエレメントを有して構成されるダイポールアンテナである
請求項３に記載の車両用アンテナ装置。
【請求項５】
前記無線電波の波長を「λ」とするとき、前記２本のエレメントの長さが「λ／４」の長さにそれぞれ設定されるとともに、前記ダイポールアンテナから前記反射面までの距離をＬとするとき、「５ｍｍ≦Ｌ≦λ／４」なる関係を満足する
請求項４に記載の車両用アンテナ装置。
【請求項６】
前記ダイポールアンテナから前記反射面までの距離Ｌが、「λ／４」の長さに設定されてなる
請求項５に記載の車両用アンテナ装置。
【請求項１】
車両ボディに設けられたアンテナを備え、該アンテナを通じて前記車両ボディの周辺に設定された通信エリアに向けてＵＨＦ帯の無線電波を放射する車両用アンテナ装置であって、
前記車両ボディの外周面と前記アンテナとの間に間隙が形成されるとともに、前記アンテナと前記間隙を置いて対向配置される前記車両ボディの外周面を反射面として利用し、前記通信エリアに放射される無線電波の強度を強める態様にて前記アンテナから前記車両ボディの外周面に向けて放射される無線電波を前記通信エリアに向けて反射する電波反射構造を有する
ことを特徴とする車両用アンテナ装置。
【請求項２】
前記アンテナが、前記車両ボディの外周面に沿うように配設されるとともに、前記車両ボディの前記アンテナが対向する部分には、前記間隙を形成する態様にて凹部が形成され、前記反射面が、前記アンテナに対向する前記凹部の内壁面からなる
請求項１に記載の車両用アンテナ装置。
【請求項３】
前記車両ボディの周辺に設定された通信エリアが、車両ドアの周辺に設定された半円形状の通信エリアであって、前記アンテナが、前記車両ドアに設けられたドアハンドルの内部に配設されるとともに、前記凹部が、ユーザが前記ドアハンドルを把持する際に手を挿入する部分として前記車両ドアの外周面に凹設された溝部からなる
請求項２に記載の車両用アンテナ装置。
【請求項４】
前記アンテナは、前記車両ボディの外周面と平行となるように配設された２本のエレメントを有して構成されるダイポールアンテナである
請求項３に記載の車両用アンテナ装置。
【請求項５】
前記無線電波の波長を「λ」とするとき、前記２本のエレメントの長さが「λ／４」の長さにそれぞれ設定されるとともに、前記ダイポールアンテナから前記反射面までの距離をＬとするとき、「５ｍｍ≦Ｌ≦λ／４」なる関係を満足する
請求項４に記載の車両用アンテナ装置。
【請求項６】
前記ダイポールアンテナから前記反射面までの距離Ｌが、「λ／４」の長さに設定されてなる
請求項５に記載の車両用アンテナ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−９７３５０（Ｐ２０１１−９７３５０Ａ）
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２４９１４７（Ｐ２００９−２４９１４７）
【出願日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【出願人】（０００００３５５１）株式会社東海理化電機製作所 (3,198)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【出願人】（０００００３５５１）株式会社東海理化電機製作所 (3,198)
【Ｆターム（参考）】
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