車載用アンテナ装置
【課題】コモンモードノイズの影響を低減して安定したアンテナ特性が得られる車載用アンテナ装置を提供する。
【解決手段】車載用アンテナ装置２００は、アンテナユニット２１０とコネクタ付き同軸ケーブル１２０を接続した構成となっている。アンテナユニット２１０は、給電エレメント１１１と無給電エレメント１１２を備え、給電エレメント１１１はアンプ回路１１３の＋入力に接続され、無給電エレメント１１２はアンプ回路１１３の地板１１５に接続されている。アンプ回路１１３の出力はフィルタ２１６を介して同軸ケーブル１２０の中心導体１２１に接続されており、地板１１５もフィルタ２１６を介して同軸ケーブルの外導体１２２に接続されている。
【解決手段】車載用アンテナ装置２００は、アンテナユニット２１０とコネクタ付き同軸ケーブル１２０を接続した構成となっている。アンテナユニット２１０は、給電エレメント１１１と無給電エレメント１１２を備え、給電エレメント１１１はアンプ回路１１３の＋入力に接続され、無給電エレメント１１２はアンプ回路１１３の地板１１５に接続されている。アンプ回路１１３の出力はフィルタ２１６を介して同軸ケーブル１２０の中心導体１２１に接続されており、地板１１５もフィルタ２１６を介して同軸ケーブルの外導体１２２に接続されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載される車載用アンテナ装置に関し、特にアンテナエレメントと受信器とが離れた位置に配置されてケーブルで接続された車載用アンテナ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、車載用アンテナ装置においても、地上デジタルＴＶ等に用いる広帯域なＵＨＦアンテナに対するニーズが高くなっている。車載用のアンテナ装置では、小型化することが強く要求されるとともに、設置可能な場所も極めて限定されている。そのため、アンテナエレメントを電波の受信に好適なフロントガラスまたはリアガラスに設置する一方（例えば特許文献１）、受信器はアンテナエレメントから離れた別の位置に設置されるのが一般的である。アンテナエレメントと受信器の間は、同軸ケーブルで接続される。
【０００３】
アンテナエレメントと受信器との間を接続する同軸ケーブルは、車体の底部等の目立たない場所に配索されるため、同軸ケーブルが車体の金属部分（以下では、車体金属部という）に近接または接した状態で配索される。ＵＨＦアンテナの多くは平衡型であるのに対し、同軸ケーブルや受信信号を増幅するためのアンプ回路は非平衡回路であることから、両者にミスマッチが生じて同軸ケーブルにコモンモード電流が生じる。このコモンモード電流により同軸ケーブルのシールド特性が著しく劣化し、車体金属部からのノイズが同軸ケーブルに流入しやすくなる。従来より、同軸ケーブルの外導体に車体金属部からコモンモードノイズが混入してアンテナ特性が劣化してしまうといった問題があった。このコモンモードのノイズによるアンテナ特性への影響は、同軸ケーブルの配索位置等によって大きく変動するといった問題もあった。
【０００４】
従来の車載用アンテナ装置の一例を図７に示す。図７（ａ）、図７（ｂ）及び図８を用いて説明する。図８は従来の車載用アンテナ装置９００を車体金属部１０に近接させて配置したときの等価回路図である。図７（ａ）、図７（ｂ）は共に従来の車載アンテナ装置９００を構成するアンテナユニット９１０の概略構成図であり、図７（ａ）は正面図、図７（ｂ）は背面図である。また、アンテナユニット９１０が受信器から離れた位置に設置され、その間を接続する同軸ケーブルが車体金属部に近接して配索されたときの等価回路を、図８に示す。
【０００５】
アンテナユニット９１０は、一例としてＵＨＦ周波数帯で用いる広帯域な車載用アンテナとしている。アンテナユニット９１０は、給電エレメント９１１と無給電エレメント９１２を有しており、給電エレメント９１１がアンプ回路９１３に接続され、無給電エレメント９１２が回路基板９１４の裏面に設けられた地板９１５に接続されている。さらに、アンプ回路９１３が同軸ケーブル９２０の中心導体９２１に接続され、地板９１５が同軸ケーブル９２０の外導体９２２に接続されている。
【０００６】
図８では、同軸ケーブル９２０が車体金属部１０に近接して配索されて受信器９３０に接続されているとき、車体金属部１０から同軸ケーブル９２０に混入したノイズが、車載用アンテナ装置９００内をどのように伝播するかを示している。同軸ケーブル９２０及びアンテナユニット９１０は、車体金属部１０に近接して配置されることから、車体金属部１０との間で容量（浮遊容量）が形成される。すなわち、車体金属部１０と同軸ケーブル９２０の外導体９２２との間に容量Ｃ１、Ｃ２が形成され、車体金属部１０と給電エレメント９１１及び無給電エレメント９１２との間にそれぞれ容量Ｃ３、Ｃ４が形成される。
【０００７】
図８では、車体金属部１０と同軸ケーブル９２０の外導体９２２との間に形成される容量をＣ１とＣ２に分けているが、ここでは、ノイズが外導体９２２に混入した位置での容量をＣ１とし、それ以外の位置で形成される容量をＣ２としている。コモンモードノイズとして、電流Ｉ１が容量Ｃ１を介して外導体９２２に混入したとき、この電流Ｉ１が外導体９２２を経由して車載用アンテナ装置９００内を流れる電流をＩ２〜Ｉ５で示している。
【０００８】
コモンモードノイズの電流Ｉ１は、一部（電流Ｉ２）が容量Ｃ２を介して外導体９２２から車体金属部１０に戻り、残りの電流Ｉ３が回路基板９１４に流入する。アンプ回路９１３の＋側入力と−側入力の間には、入力インピーダンスＺ＿Ａ（５０Ω）がある。そのため、電流Ｉ３は、アンプ回路９１３が載置された回路基板９１４の地板９１５を経由して一部（電流Ｉ４）が無給電エレメント９１２に流入し、残りの電流Ｉ５が入力インピーダンスＺ＿Ａを経由して給電エレメント９１１に流入する。
【０００９】
電流Ｉ４、Ｉ５は、無給電エレメント９１２及び給電エレメント９１１と車体金属部１０との間のそれぞれの容量Ｃ３、Ｃ４を介して車体金属部１０に戻る。ここで、入力インピーダンスＺ＿Ａと電流Ｉ５とで生じる電圧降下分がアンプ回路９１３に対する電圧入力となり、アンプ回路９１３で増幅されてノーマルモードのノイズとして受信器９３０に受信されてしまい、アンテナ特性を劣化させてしまう。
【００１０】
そこで、受信器９３０に受信されるノーマルモードのノイズを低減するには、入力インピーダンスＺ＿Ａを通過する電流Ｉ５を低減させるのがよい。電流Ｉ５を低減させるには、同軸ケーブル９２０の外導体９２２を通過する電流Ｉ３を低減させる（第１の方法）か、あるいは、無給電エレメント９１２側に流入する電流Ｉ４を増加させることで電流Ｉ５を低減させる方法（第２の方法）が考えられる。
【００１１】
上記の第１の方法では、従来より、電流Ｉ３を低減させるために同軸ケーブル９２０を車体金属部１０に近接させる対策が取られている。これにより、外導体９２２と車体金属部１０との間の容量Ｃ２が大きくなることで外導体９２２から車体金属部１０に至るまでのインピーダンスが小さくなる。その結果、電流Ｉ２が大きくなる一方Ｉ３（＝Ｉ１−Ｉ２）が小さくなり、電流Ｉ５も小さくなる。
【００１２】
また、上記の第２の方法では、電流Ｉ３を変えずに、無給電エレメント９１２側に流入する電流Ｉ４を増加させることで電流Ｉ５（＝Ｉ３−Ｉ４）を低減させる。給電エレメント９１１と車体金属部１０との間のインピーダンスをＺ＿Ｆとし、無給電エレメント９１２と車体金属部１０との間のインピーダンスをＺ＿Ｇとするとき、電流Ｉ５は、電流Ｉ３との間に、
Ｉ５＝Ｉ３・Ｚ＿Ｇ／（Ｚ＿Ａ＋Ｚ＿Ｆ＋Ｚ＿Ｇ）
の関係が成り立つ。
【００１３】
上式より、インピーダンスＺ＿Ｇを（Ｚ＿Ａ＋Ｚ＿Ｆ）に対して相対的に小さくすることで、電流Ｉ５を低減させることができる。Ｚ＿Ｇを小さくするために、従来より、無給電エレメント９１２を大きくしたり、車体金属部１０に近接させて容量Ｃ３を増加させる対策が知られている。あるいは、無給電エレメント９１２を車体金属部１０に直接接続することで、Ｚ＿Ｇを０にする方法がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００８−１５３７３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、上記の第１の方法では、同軸ケーブル９２０の配策の仕方によって容量Ｃ２が大きく変化し、その結果、ノイズ特性も変動することになって安定したアンテナ特性を得ることはできない。また、上記の第２の方法でも、アンテナユニットの小型化が困難になったり、アンテナユニットの形状、搭載位置および搭載条件が大きく制約される、等の問題がある。
【００１６】
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、コモンモードノイズの影響を低減して安定したアンテナ特性が得られる車載用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】
【００１７】
本発明の車載用アンテナ装置の第１の態様は、給電エレメントと無給電エレメントとを有するアンテナユニットと、裏面に地板を備える回路基板と、前記回路基板に搭載されて前記アンテナユニットで受信した受信信号を増幅するアンプ回路と、前記アンプ回路と受信器とを電気的に接続する同軸ケーブルと、を備える車載用アンテナ装置であって、前記同軸ケーブルの外導体に混入するコモンモードノイズを低減するためのフィルタをさらに備えることを特徴とする。
【００１８】
本発明の車載用アンテナ装置の他の態様は、前記フィルタは、前記アンプ回路と前記同軸ケーブルとの間に接続され、前記給電エレメントが前記アンプ回路に接続され、前記無給電エレメントが前記地板に接続されていることを特徴とする。
【００１９】
本発明の車載用アンテナ装置の他の態様は、前記フィルタは、前記アンプ回路と前記アンテナユニットとの間に配置され、前記給電エレメントが前記フィルタを介して前記アンプ回路に接続され、前記無給電エレメントが前記フィルタを介して前記地板に接続されていることを特徴とする。
【００２０】
本発明の車載用アンテナ装置の他の態様は、前記給電エレメント及び前記無給電エレメントは、前記同軸ケーブルが前記アンプ回路に接続される接続方向に略平行に配置されていることを特徴とする。
【００２１】
本発明の車載用アンテナ装置の他の態様は、前記フィルタは、前記同軸ケーブルの外導体に混入するコモンモードノイズを遮断するコモンモードチョークコイルであることを特徴とする。
【００２２】
本発明の車載用アンテナ装置の他の態様は、前記フィルタは、前記同軸ケーブルの外導体から見た前記回路基板側のインピーダンスを高くするためのチョークコイルであることを特徴とする。
【００２３】
本発明の車載用アンテナ装置の他の態様は、前記アンテナユニットは、ＵＨＦ周波数帯において広帯域な受信特性を有していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
コモンモードノイズの影響を低減して安定したアンテナ特性が得られる車載用アンテナ装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第２実施形態に係る車載用アンテナ装置の概略構成を示す構成図である。
【図２】第２実施形態の車載用アンテナ装置を車体金属部に近接させて配置したときの等価回路図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る車載用アンテナ装置の概略構成を示す構成図である。
【図４】第１実施形態の車載用アンテナ装置を車体金属部に近接させて配置したときの等価回路図である。
【図５】走行実験における車載用アンテナ装置の配置を説明する説明図である。
【図６】走行実験により測定され受信電力差分対ＣＮＲ差分の実験結果を示すグラフである。
【図７】従来の車載用アンテナ装置のアンテナユニットの一例を示す平面図及び背面図である。
【図８】従来の車載用アンテナ装置を車体金属部に近接させて配置したときの等価回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の好ましい実施の形態における車載用アンテナ装置について、図面を参照して詳細に説明する。同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。
【００２７】
（第１実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る車載用アンテナ装置を図３、４を用いて説明する。図３は、本実施形態の車載用アンテナ装置２００および受信システム２４０の概略構成を示す構成図であり、図４は、本実施形態の車載用アンテナ装置２００を車体金属部１０に近接させて配置したときの等価回路図である。
【００２８】
本実施形態の車載用アンテナ装置２００は、アンテナユニット２１０と、アンテナユニット２１０と受信器１３０とを電気的に接続するコネクタ付き同軸ケーブル１２０からなる構成である。図３に示すように、アンテナユニット２１０は、給電エレメント１１１と無給電エレメント１１２と、回路基板１１４とを備えている。回路基板１１４の表面にはアンプ回路１１３が実装され、裏面にはアンプ回路１１３の地板１１５となる電極パターンが配置されており、回路基板１１４の同軸ケーブル１２０側にフィルタが配置されている。給電エレメント１１１はアンプ回路１１３の＋入力に接続され、無給電エレメント１１２はアンプ回路１１３の地板１１５に接続されている。アンプ回路１１３の出力はフィルタ２１６を介して同軸ケーブル１２０の中心導体１２１に接続されており、地板１１５もフィルタ２１６を介して同軸ケーブルの外導体１２２に接続されている。車載用アンテナ装置２００の信号は、同軸ケーブル１２０を介して受信器１３０に伝送される。本実施形態ではフィルタ２１６がアンプ回路１１３と同軸ケーブル１２０との間に接続されることを特徴としている。
【００２９】
アンテナユニット２１０は、車両の電波の受信に好適なフロントガラスやリアガラス等に設置されるのに対し、受信器１３０はアンテナエレメントから離れた別の位置に設置されるため、両者を接続する同軸ケーブル１２０は、比較的長い距離を配索される。同軸ケーブル１２０は、中心導体１１１と外導体１１２を有し、車体の底部等の目立たない場所に配索される。そのため、同軸ケーブル１２０の少なくとも一部が車体金属部１０に近接しており、車体金属部１０から外導体１１２にコモンモードノイズが混入しやすい。
【００３０】
図４では、アンテナユニット２１０及び同軸ケーブル１２０を車体金属部１０に近接して配置することにより形成される浮遊容量（以下では、単に容量とする）を、容量Ｃ１〜Ｃ４で示している。車体金属部１０と同軸ケーブル１２０の外導体１２２との間には、ノイズが混入した位置での容量Ｃ１と、それ以外の位置での容量Ｃ２が形成される。また、車体金属部１０と給電エレメント１１１及び無給電エレメント１１２との間には、それぞれ容量Ｃ３、Ｃ４が形成される。
【００３１】
コモンモードノイズについては、容量Ｃ１を介して外導体１２２に混入されるノイズの電流をＩ１とし、この電流Ｉ１が外導体１２２を経由して車載用アンテナ装置２００内を流れる電流をＩ２〜Ｉ５で示している。電流Ｉ１は、そのうちの一部の電流Ｉ２が容量Ｃ２を介して外導体１２２から車体金属部１０に戻り、残りの電流Ｉ３がフィルタ２１６を経由して回路基板１１４に流入する。回路基板１１４に搭載されたアンプ回路１１３の＋側入力と−側入力との間には、入力インピーダンスＺ＿Ａ（５０Ω）がある。そのため、電流Ｉ３は、回路基板１１４の地板１１５を経由して一部の電流Ｉ４が無給電エレメント１１２に流入し、残りの電流Ｉ５が入力インピーダンスＺ＿Ａを経由して給電エレメント１１１に流入する。
【００３２】
電流Ｉ４、Ｉ５は、無給電エレメント１１２及び給電エレメント１１１と車体金属部１０との間のそれぞれの容量Ｃ３、Ｃ４を介して車体金属部１０に戻る。ここで、入力インピーダンスＺ＿Ａと電流I５によって生じる電圧降下分がアンプ回路１１３に電圧入力として流入すると、アンプ回路１１３で増幅されてノーマルモードのノイズとして受信器１３０に受信されてしまい、アンテナ特性を劣化させてしまう。本実施形態の車載用アンテナ装置２００では、このようなノーマルモードノイズを低減するために、アンプ回路１１３と同軸ケーブル１２０との間に、フィルタ２１６を接続している。
【００３３】
ノーマルモードノイズの発生源となる電流Ｉ５を低減するためには、電流Ｉ３を低減するのが良く、Ｉ３を低減するにはＩ３が流れる線路（導通線路）のインピーダンスを高くするのがよい。但し、外導体１２２のインピーダンスを高くすると、アンテナユニット２１０から受信器１３０へ向かう信号の伝送も妨げてしまうため、信号の伝送に影響を与えることなく電流Ｉ３の導通線路のインピーダンスを高くする必要がある。そこで、本実施形態では、同軸ケーブル１２０とアンプ回路１１３との間にフィルタ２１６を接続している。
【００３４】
フィルタ２１６は、コモンモードノイズ由来の電流であるＩ３に対してインピーダンスが高く、アンテナユニット２１０から受信器１３０へ向かうノーマルモードの信号に対しては影響を与えないものが望ましく、本実施形態ではコモンモードチョークフィルタを接続している。これにより、フィルタ２１６は、ノーマルモードの信号に対して影響を与えずに、回路基板１１４と同軸ケーブル１２０の接続点でコモンモードを遮断することができ、同軸ケーブル１２０を経由するコモンモードノイズがアンプ回路１１３に流入するのを阻止することができる。
【００３５】
アンプ回路１１３と同軸ケーブル１２０との間にフィルタ２１６を接続することで、同軸ケーブル１２０の外導体１２２からみたアンプ回路１１４側のインピーダンスが、フィルタ２１６のインピーダンスＺ＿ＣＭＣの分だけ増加することから、回路基板１１４の地板１１５を流れる電流Ｉ３が低減される。これにより、同軸ケーブル１２０の配索位置に影響されることなく、従来のノイズ対策（第１の方法）と同様に、電流Ｉ３を低減させる効果を得ることができる。 また、電流Ｉ４に対するインピーダンスには変化を与えないため、従来のノイズ対策（第２の方法）を併せて行うことも可能である。
【００３６】
さらに、同軸ケーブル１２０からアンプ回路１１３へ向かうコモンモード電流はフィルタ２１６により阻止されるが、アンプ回路１１３の地板１１５からアンテナエレメント１１１及び１１２でのコモンモード電流は阻害されないため、地板１１５を無給電アンテナエレメント１１２の一部として動作させるように設計することが可能となり、空間を効率よく有効利用することが出来るため、限られた搭載スペースの中でアンテナサイズを最大限に大きく設計することができ、良好なアンテナ特性が得られるようにすることができる。
【００３７】
本実施形態の車載用アンテナ装置２００では、アンテナエレメント１１１、１１２の平衡、非平衡型に関わりなく、フィルタ２１６によりコモンモードノイズを低減させることができる。また、コモンモードに対する高インピーダンス特性は波長に依存しないため、フィルタ２１６の小型化やアンテナエレメント１１１、１１２の広帯域化にも容易に対応することができる。さらに、アンテナユニット２１０の形状や搭載位置に制約が加えられることもない。
【００３８】
上記のように、本実施形態の車載用アンテナ装置２００によれば、アンプ回路１１３と同軸ケーブル１２０との間にフィルタ２１６を接続することにより、同軸ケーブル１２０の配索位置やアンテナユニット１１０の設置位置に影響されることなく、アンプ回路１１３へ流入するコモンモードノイズ電流I３を低減することができる。その結果、アンプ回路１１３から受信器１３０へ伝送されるノーマルモードノイズを低減することができ、さらに限られた搭載スペースの中でアンテナサイズを最大限に大きく設計することが出来るので、アンテナ利得も高くすることができるため、良好なアンテナ特性が得られる。本実施形態の車載用アンテナ装置２００は、同軸ケーブル１２０の配策位置等に影響されず、安定したアンテナ特性が得られる。また、アンテナユニット２１０の形状や搭載位置に制約が加えられることもない。
【００３９】
（第２実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る車載用アンテナ装置を図１、２を用いて説明する。図１は、本実施形態の車載用アンテナ装置１００の概略構成を示す構成図であり、図２は、本実施形態の車載用アンテナ装置１００を車体金属部１０に近接させて配置したときの等価回路図である。
【００４０】
第１の実施形態の車載用アンテナ装置２００では、フィルタ２１６を同軸ケーブル１２０とアンプ回路１１３との間に配置していたが、本実施形態では、アンプ回路１１３と給電エレメント１１１及び無給電エレメント１１２との間に、フィルタ１１６を接続している。フィルタ１１６は、電流I５を低減しアンプ回路１１３へのコモンモードノイズの流入を阻止することができる。
【００４１】
ノーマルモードノイズの発生源となる電流Ｉ５を低減するためには、電流Ｉ５が流れる線路（導通線路）のインピーダンスを高くするのがよい。但し、給電エレメント１１１のインピーダンスを高くすると、所望のアンテナ特性が劣化してしまうため、アンテナ特性に影響を与えることなく電流Ｉ５の導通線路のインピーダンスを高くする必要がある。そこで、本実施形態では、アンプ回路１１３と給電エレメント１１１及び無給電エレメント１１２との間にフィルタ１１６を接続している。フィルタ１１６として、バランを用いることができる。
【００４２】
ＵＨＦ帯あるいはそれより長波長を対象とするアンテナでは、金属が近接していると完全な平衡状態で動作することはできない。本実施形態の車載用アンテナ装置１００でも、車体金属部１０が近接しているため、完全な平衡状態で動作することはほとんどない。完全な平衡状態で動作できない条件で強制バランを用いると、アンテナエレメントの非平衡動作を阻害して良好なアンテナ特性が得られなくなる場合がある。
【００４３】
そこで、本実施形態では、フィルタ１１６としてフロートバラン（チョークコイル）を用いている。フィルタ１１６として、アンテナエレメント１１１及び１１２とアンプ回路１１３との間にフロートバランを接続することにより、電流I４及びI５に対するインピーダンスが高くなり、電流I４及びI５が減少する。それにより外導体１２２から見たアンプ回路１１３側のインピーダンスが高くなり、電流Ｉ３も低減させることができる。これにより、同軸ケーブル１２０の配索位置に影響されることなく、従来のノイズ対策（第１の方法）と同様に、電流Ｉ３を低減させる効果を得ることができる。その結果、アンプ回路１１３から受信器１３０へ伝送されるノーマルモードノイズを低減することができ、良好なアンテナ特性が得られる。
【００４４】
電流Ｉ３と電流Ｉ５との関係を次式に示す。
Ｉ５＝Ｉ３・（Ｚ＿Ｂ＋Ｚ＿Ｇ）／（Ｚ＿Ａ＋２・Ｚ＿Ｂ＋Ｚ＿Ｆ＋Ｚ＿Ｇ）
ここで、Ｚ＿Ａはアンプ回路１１３の＋側入力と−側入力との間の入力インピーダンス、Ｚ＿Ｂはフィルタ１１６のインピーダンス、Ｚ＿Ｆは給電エレメント１１１と車体金属部１０との間のインピーダンス、及びＺ＿Ｇは無給電エレメント１１２と車体金属部１０との間のインピーダンスである。
【００４５】
フィルタ１１６によるノイズ低減効果を高めるためには、外導体１２２から見た回路基板１１４側のインピーダンスが高くなるようにフィルタ１１６のインピーダンスＺ＿Ｂを大きくするのがよい。その結果、Ｉ３を低減させることができる。ただし、Ｚ＿Ｂが十分大きい場合、上式より、インピーダンスＺ＿Ｆ、Ｚ＿Ｇの影響が相対的に小さくなることがわかる。これにより、従来のノイズ対策（第２の方法）であるインピーダンスＺ＿Ｇを小さくして電流Ｉ４を増加させる方法との併用は出来ないので、第一の実施形態に比べると、効果は限定的である。また、第一の実施形態の様に地板１１５を無給電エレメントの一部として設計することも出来ないためアンテナサイズも第一の実施例よりも小さくなる。
【００４６】
上記のように、本実施形態の車載用アンテナ装置１００によれば、回路基板１１４とアンテナエレメント１１１、１１２との間にフィルタ１１６を接続することにより、同軸ケーブル１２０の配索位置やアンテナユニット１１０の設置位置に影響されることなく、アンプ回路１１３が接続された線路側に流れる電流Ｉ５を低減することができる。その結果、アンプ回路１１３から受信器１３０に流れるノーマルモードノイズを低減することができ、良好なアンテナ特性が得られる。本実施形態の車載用アンテナ装置１００は、同軸ケーブル１２０の配策位置等に影響されず、安定したアンテナ特性が得られる。また、アンテナユニット１１０の形状や搭載位置に制約が加えられることもない。
【００４７】
本実施形態の車載用アンテナ装置２００によるコモンモードノイズの低減効果を検証するために、車載用アンテナ装置２００を車両に搭載して走行実験を行った。以下では、走行実験による検証結果について説明する。走行実験では、図５に示すように、アンテナユニット２１０をダッシュボード１１に搭載し、受信器１３０を後部座席下に設置しており、その間を同軸ケーブル１２０で接続している。アンテナユニット２１０による受信信号を、ここでは東京タワーＤＴＶ放送電波２７ｃｈとしている。
【００４８】
走行実験を、図５（ａ）に示すように、同軸ケーブル１２０を車体金属部１０に接触させて配索した場合（以下では、配索条件Ａとする）と、同軸ケーブル１２０をダッシュボード１１の近傍で長さ２０ｃｍだけ車体金属部１０から浮かせ（この部分を、ケーブルたわみ部分１２とする）、それ以外は車体金属部１０に接触させて配索した場合（以下では、配索条件Ｂとする）について行っている。
【００４９】
配索条件Ｂの場合には、同軸ケーブル１２０のケーブルたわみ部分１２が、アンテナエレメント１１１、１１２と同様に、電波を受信する状態になっている。その結果、配索条件Ｂの場合には、配索条件Ａの場合よりも受信電力が増大する。ダッシュボード１１内には様々の電気配線が配索されており、その近傍では電磁ノイズレベルが高いことから、配索条件Ｂの場合にはノイズが受信されやすくなる。
【００５０】
また、比較対象として、フィルタ２１６を有さない車載用アンテナ装置（以下では、比較例のアンテナ装置とする）を、本実施形態の車載用アンテナ装置２００と同じ条件で車両に搭載して走行実験を行っている。各走行実験とも、車両の位置情報を得るためにＧＰＳを搭載している。
【００５１】
走行実験では、上記の条件に従って車載用アンテナ装置２００を搭載した車両と、比較例のアンテナ装置を搭載した車両を、同一コースでそれぞれ走行させ、そのときの各アンテナの受信電力とＣＮＲ（Ｃａｒｒｉｅｒ ｖｓ． Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）を測定している。そして、車載用アンテナ装置２００と比較例のアンテナ装置のそれぞれについて、同一地点（ＧＰＳ情報で判定）における配索条件Ａの場合と配索条件Ｂの場合との受信電力及びＣＮＲのそれぞれの差を算出している（それぞれ受信電力差分及びＣＮＲ差分とする）。
【００５２】
同一、地点ｉにおける受信電力差分及びＣＮＲ差分は、それぞれ次式で算出される。
受信電力差分（地点ｉ）＝受信電力（配索条件Ｂ、地点ｉ）
−受信電力（配索条件Ａ、地点ｉ）
ＣＮＲ差分（地点ｉ）＝ＣＮＲ（配索条件Ｂ、地点ｉ）
−ＣＮＲ（配索条件Ａ、地点ｉ）
上式の受信電力差分及びＣＮＲ差分が、車載用アンテナ装置２００を搭載した場合と比較例のアンテナ装置を搭載した場合のそれぞれについて算出される。
【００５３】
上記の受信電力差分を横軸にし、ＣＮＲ差分を縦軸としてプロットした実験結果を図６に示す。受信電力差分及びＣＮＲ差分は、配索条件Ｂの場合のケーブルたわみ部分１２による受信電力及びＣＮＲの変化の影響の大きさを示していると考えられる。同図において、原点を通る傾き１の直線Ｃは、受信電力変化とＣＮＲの変化が同じ場合にプロットされる位置である。つまり、直線Ｃ上からのプロットずれ量が、ケーブル配索条件ＡとＢとの間のノイズ流入の差を示している。すなわち、プロットが直線Ｃ上に分布するときケーブルたわみ部分１２によるノイズ変化の影響がないことを示している。
【００５４】
図６（ａ）は、フィルタ２１６を有さない比較例のアンテナ装置を搭載したときの実験結果であり、図６（ｂ）は、本実施形態の車載用アンテナ装置２００を搭載したときの実験結果を示している。図６（ａ）より、フィルタ２１６を有さない場合には、実験データが直線Ｃよりも５ｄＢ程度右側に分布している。すなわち、同一の受信電力が得られた場合、ケーブルのたわみ部１２によってＣＮＲが５ｄＢ程度劣化することを意味している。フィルタ２１６を有さない場合には、ケーブルのたわみ等の配策条件によるノイズの流入を防げないことを示している。
【００５５】
これに対し、フィルタ２１６を有する本実施形態の車載用アンテナ装置２００では、直線Ｃの周辺にプロットが分布している。これは、フィルタ２１６を用いることで、ケーブルたわみ部分１２でケーブルが受信したコモンモードノイズのアンプ回路への流入が低減されていることを示している。すなわち、アンプ回路１１３と同軸ケーブル１２０との間にフィルタ２１６を配置した本実施形態の車載用アンテナ装置２００では、車体金属部１０から流入するコモンモードノイズの影響を低減することができ、これにより同軸ケーブル１２０の配策条件等に影響されない安定したアンテナ特性を得ることが可能となる。
【００５６】
なお、本実施の形態における記述は、本発明に係る車載用アンテナ装置の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態における車載用アンテナ装置の細部構成及び詳細な動作等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１０ 車体金属部
１１ ダッシュボード
１２ ケーブルたわみ部分
１００、２００ 車載用アンテナ装置
１１０、２１０ アンテナユニット
１１１ 給電エレメント
１１２ 無給電エレメント
１１３ アンプ回路
１１４ 回路基板
１１５ 地板
１１６、２１６ フィルタ
１２０ コネクタ付き同軸ケーブル
１２１ 中心導体
１２２ 外導体
１３０ 受信器
１４０、２４０ 受信システム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載される車載用アンテナ装置に関し、特にアンテナエレメントと受信器とが離れた位置に配置されてケーブルで接続された車載用アンテナ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、車載用アンテナ装置においても、地上デジタルＴＶ等に用いる広帯域なＵＨＦアンテナに対するニーズが高くなっている。車載用のアンテナ装置では、小型化することが強く要求されるとともに、設置可能な場所も極めて限定されている。そのため、アンテナエレメントを電波の受信に好適なフロントガラスまたはリアガラスに設置する一方（例えば特許文献１）、受信器はアンテナエレメントから離れた別の位置に設置されるのが一般的である。アンテナエレメントと受信器の間は、同軸ケーブルで接続される。
【０００３】
アンテナエレメントと受信器との間を接続する同軸ケーブルは、車体の底部等の目立たない場所に配索されるため、同軸ケーブルが車体の金属部分（以下では、車体金属部という）に近接または接した状態で配索される。ＵＨＦアンテナの多くは平衡型であるのに対し、同軸ケーブルや受信信号を増幅するためのアンプ回路は非平衡回路であることから、両者にミスマッチが生じて同軸ケーブルにコモンモード電流が生じる。このコモンモード電流により同軸ケーブルのシールド特性が著しく劣化し、車体金属部からのノイズが同軸ケーブルに流入しやすくなる。従来より、同軸ケーブルの外導体に車体金属部からコモンモードノイズが混入してアンテナ特性が劣化してしまうといった問題があった。このコモンモードのノイズによるアンテナ特性への影響は、同軸ケーブルの配索位置等によって大きく変動するといった問題もあった。
【０００４】
従来の車載用アンテナ装置の一例を図７に示す。図７（ａ）、図７（ｂ）及び図８を用いて説明する。図８は従来の車載用アンテナ装置９００を車体金属部１０に近接させて配置したときの等価回路図である。図７（ａ）、図７（ｂ）は共に従来の車載アンテナ装置９００を構成するアンテナユニット９１０の概略構成図であり、図７（ａ）は正面図、図７（ｂ）は背面図である。また、アンテナユニット９１０が受信器から離れた位置に設置され、その間を接続する同軸ケーブルが車体金属部に近接して配索されたときの等価回路を、図８に示す。
【０００５】
アンテナユニット９１０は、一例としてＵＨＦ周波数帯で用いる広帯域な車載用アンテナとしている。アンテナユニット９１０は、給電エレメント９１１と無給電エレメント９１２を有しており、給電エレメント９１１がアンプ回路９１３に接続され、無給電エレメント９１２が回路基板９１４の裏面に設けられた地板９１５に接続されている。さらに、アンプ回路９１３が同軸ケーブル９２０の中心導体９２１に接続され、地板９１５が同軸ケーブル９２０の外導体９２２に接続されている。
【０００６】
図８では、同軸ケーブル９２０が車体金属部１０に近接して配索されて受信器９３０に接続されているとき、車体金属部１０から同軸ケーブル９２０に混入したノイズが、車載用アンテナ装置９００内をどのように伝播するかを示している。同軸ケーブル９２０及びアンテナユニット９１０は、車体金属部１０に近接して配置されることから、車体金属部１０との間で容量（浮遊容量）が形成される。すなわち、車体金属部１０と同軸ケーブル９２０の外導体９２２との間に容量Ｃ１、Ｃ２が形成され、車体金属部１０と給電エレメント９１１及び無給電エレメント９１２との間にそれぞれ容量Ｃ３、Ｃ４が形成される。
【０００７】
図８では、車体金属部１０と同軸ケーブル９２０の外導体９２２との間に形成される容量をＣ１とＣ２に分けているが、ここでは、ノイズが外導体９２２に混入した位置での容量をＣ１とし、それ以外の位置で形成される容量をＣ２としている。コモンモードノイズとして、電流Ｉ１が容量Ｃ１を介して外導体９２２に混入したとき、この電流Ｉ１が外導体９２２を経由して車載用アンテナ装置９００内を流れる電流をＩ２〜Ｉ５で示している。
【０００８】
コモンモードノイズの電流Ｉ１は、一部（電流Ｉ２）が容量Ｃ２を介して外導体９２２から車体金属部１０に戻り、残りの電流Ｉ３が回路基板９１４に流入する。アンプ回路９１３の＋側入力と−側入力の間には、入力インピーダンスＺ＿Ａ（５０Ω）がある。そのため、電流Ｉ３は、アンプ回路９１３が載置された回路基板９１４の地板９１５を経由して一部（電流Ｉ４）が無給電エレメント９１２に流入し、残りの電流Ｉ５が入力インピーダンスＺ＿Ａを経由して給電エレメント９１１に流入する。
【０００９】
電流Ｉ４、Ｉ５は、無給電エレメント９１２及び給電エレメント９１１と車体金属部１０との間のそれぞれの容量Ｃ３、Ｃ４を介して車体金属部１０に戻る。ここで、入力インピーダンスＺ＿Ａと電流Ｉ５とで生じる電圧降下分がアンプ回路９１３に対する電圧入力となり、アンプ回路９１３で増幅されてノーマルモードのノイズとして受信器９３０に受信されてしまい、アンテナ特性を劣化させてしまう。
【００１０】
そこで、受信器９３０に受信されるノーマルモードのノイズを低減するには、入力インピーダンスＺ＿Ａを通過する電流Ｉ５を低減させるのがよい。電流Ｉ５を低減させるには、同軸ケーブル９２０の外導体９２２を通過する電流Ｉ３を低減させる（第１の方法）か、あるいは、無給電エレメント９１２側に流入する電流Ｉ４を増加させることで電流Ｉ５を低減させる方法（第２の方法）が考えられる。
【００１１】
上記の第１の方法では、従来より、電流Ｉ３を低減させるために同軸ケーブル９２０を車体金属部１０に近接させる対策が取られている。これにより、外導体９２２と車体金属部１０との間の容量Ｃ２が大きくなることで外導体９２２から車体金属部１０に至るまでのインピーダンスが小さくなる。その結果、電流Ｉ２が大きくなる一方Ｉ３（＝Ｉ１−Ｉ２）が小さくなり、電流Ｉ５も小さくなる。
【００１２】
また、上記の第２の方法では、電流Ｉ３を変えずに、無給電エレメント９１２側に流入する電流Ｉ４を増加させることで電流Ｉ５（＝Ｉ３−Ｉ４）を低減させる。給電エレメント９１１と車体金属部１０との間のインピーダンスをＺ＿Ｆとし、無給電エレメント９１２と車体金属部１０との間のインピーダンスをＺ＿Ｇとするとき、電流Ｉ５は、電流Ｉ３との間に、
Ｉ５＝Ｉ３・Ｚ＿Ｇ／（Ｚ＿Ａ＋Ｚ＿Ｆ＋Ｚ＿Ｇ）
の関係が成り立つ。
【００１３】
上式より、インピーダンスＺ＿Ｇを（Ｚ＿Ａ＋Ｚ＿Ｆ）に対して相対的に小さくすることで、電流Ｉ５を低減させることができる。Ｚ＿Ｇを小さくするために、従来より、無給電エレメント９１２を大きくしたり、車体金属部１０に近接させて容量Ｃ３を増加させる対策が知られている。あるいは、無給電エレメント９１２を車体金属部１０に直接接続することで、Ｚ＿Ｇを０にする方法がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００８−１５３７３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、上記の第１の方法では、同軸ケーブル９２０の配策の仕方によって容量Ｃ２が大きく変化し、その結果、ノイズ特性も変動することになって安定したアンテナ特性を得ることはできない。また、上記の第２の方法でも、アンテナユニットの小型化が困難になったり、アンテナユニットの形状、搭載位置および搭載条件が大きく制約される、等の問題がある。
【００１６】
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、コモンモードノイズの影響を低減して安定したアンテナ特性が得られる車載用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】
【００１７】
本発明の車載用アンテナ装置の第１の態様は、給電エレメントと無給電エレメントとを有するアンテナユニットと、裏面に地板を備える回路基板と、前記回路基板に搭載されて前記アンテナユニットで受信した受信信号を増幅するアンプ回路と、前記アンプ回路と受信器とを電気的に接続する同軸ケーブルと、を備える車載用アンテナ装置であって、前記同軸ケーブルの外導体に混入するコモンモードノイズを低減するためのフィルタをさらに備えることを特徴とする。
【００１８】
本発明の車載用アンテナ装置の他の態様は、前記フィルタは、前記アンプ回路と前記同軸ケーブルとの間に接続され、前記給電エレメントが前記アンプ回路に接続され、前記無給電エレメントが前記地板に接続されていることを特徴とする。
【００１９】
本発明の車載用アンテナ装置の他の態様は、前記フィルタは、前記アンプ回路と前記アンテナユニットとの間に配置され、前記給電エレメントが前記フィルタを介して前記アンプ回路に接続され、前記無給電エレメントが前記フィルタを介して前記地板に接続されていることを特徴とする。
【００２０】
本発明の車載用アンテナ装置の他の態様は、前記給電エレメント及び前記無給電エレメントは、前記同軸ケーブルが前記アンプ回路に接続される接続方向に略平行に配置されていることを特徴とする。
【００２１】
本発明の車載用アンテナ装置の他の態様は、前記フィルタは、前記同軸ケーブルの外導体に混入するコモンモードノイズを遮断するコモンモードチョークコイルであることを特徴とする。
【００２２】
本発明の車載用アンテナ装置の他の態様は、前記フィルタは、前記同軸ケーブルの外導体から見た前記回路基板側のインピーダンスを高くするためのチョークコイルであることを特徴とする。
【００２３】
本発明の車載用アンテナ装置の他の態様は、前記アンテナユニットは、ＵＨＦ周波数帯において広帯域な受信特性を有していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
コモンモードノイズの影響を低減して安定したアンテナ特性が得られる車載用アンテナ装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第２実施形態に係る車載用アンテナ装置の概略構成を示す構成図である。
【図２】第２実施形態の車載用アンテナ装置を車体金属部に近接させて配置したときの等価回路図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る車載用アンテナ装置の概略構成を示す構成図である。
【図４】第１実施形態の車載用アンテナ装置を車体金属部に近接させて配置したときの等価回路図である。
【図５】走行実験における車載用アンテナ装置の配置を説明する説明図である。
【図６】走行実験により測定され受信電力差分対ＣＮＲ差分の実験結果を示すグラフである。
【図７】従来の車載用アンテナ装置のアンテナユニットの一例を示す平面図及び背面図である。
【図８】従来の車載用アンテナ装置を車体金属部に近接させて配置したときの等価回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の好ましい実施の形態における車載用アンテナ装置について、図面を参照して詳細に説明する。同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。
【００２７】
（第１実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る車載用アンテナ装置を図３、４を用いて説明する。図３は、本実施形態の車載用アンテナ装置２００および受信システム２４０の概略構成を示す構成図であり、図４は、本実施形態の車載用アンテナ装置２００を車体金属部１０に近接させて配置したときの等価回路図である。
【００２８】
本実施形態の車載用アンテナ装置２００は、アンテナユニット２１０と、アンテナユニット２１０と受信器１３０とを電気的に接続するコネクタ付き同軸ケーブル１２０からなる構成である。図３に示すように、アンテナユニット２１０は、給電エレメント１１１と無給電エレメント１１２と、回路基板１１４とを備えている。回路基板１１４の表面にはアンプ回路１１３が実装され、裏面にはアンプ回路１１３の地板１１５となる電極パターンが配置されており、回路基板１１４の同軸ケーブル１２０側にフィルタが配置されている。給電エレメント１１１はアンプ回路１１３の＋入力に接続され、無給電エレメント１１２はアンプ回路１１３の地板１１５に接続されている。アンプ回路１１３の出力はフィルタ２１６を介して同軸ケーブル１２０の中心導体１２１に接続されており、地板１１５もフィルタ２１６を介して同軸ケーブルの外導体１２２に接続されている。車載用アンテナ装置２００の信号は、同軸ケーブル１２０を介して受信器１３０に伝送される。本実施形態ではフィルタ２１６がアンプ回路１１３と同軸ケーブル１２０との間に接続されることを特徴としている。
【００２９】
アンテナユニット２１０は、車両の電波の受信に好適なフロントガラスやリアガラス等に設置されるのに対し、受信器１３０はアンテナエレメントから離れた別の位置に設置されるため、両者を接続する同軸ケーブル１２０は、比較的長い距離を配索される。同軸ケーブル１２０は、中心導体１１１と外導体１１２を有し、車体の底部等の目立たない場所に配索される。そのため、同軸ケーブル１２０の少なくとも一部が車体金属部１０に近接しており、車体金属部１０から外導体１１２にコモンモードノイズが混入しやすい。
【００３０】
図４では、アンテナユニット２１０及び同軸ケーブル１２０を車体金属部１０に近接して配置することにより形成される浮遊容量（以下では、単に容量とする）を、容量Ｃ１〜Ｃ４で示している。車体金属部１０と同軸ケーブル１２０の外導体１２２との間には、ノイズが混入した位置での容量Ｃ１と、それ以外の位置での容量Ｃ２が形成される。また、車体金属部１０と給電エレメント１１１及び無給電エレメント１１２との間には、それぞれ容量Ｃ３、Ｃ４が形成される。
【００３１】
コモンモードノイズについては、容量Ｃ１を介して外導体１２２に混入されるノイズの電流をＩ１とし、この電流Ｉ１が外導体１２２を経由して車載用アンテナ装置２００内を流れる電流をＩ２〜Ｉ５で示している。電流Ｉ１は、そのうちの一部の電流Ｉ２が容量Ｃ２を介して外導体１２２から車体金属部１０に戻り、残りの電流Ｉ３がフィルタ２１６を経由して回路基板１１４に流入する。回路基板１１４に搭載されたアンプ回路１１３の＋側入力と−側入力との間には、入力インピーダンスＺ＿Ａ（５０Ω）がある。そのため、電流Ｉ３は、回路基板１１４の地板１１５を経由して一部の電流Ｉ４が無給電エレメント１１２に流入し、残りの電流Ｉ５が入力インピーダンスＺ＿Ａを経由して給電エレメント１１１に流入する。
【００３２】
電流Ｉ４、Ｉ５は、無給電エレメント１１２及び給電エレメント１１１と車体金属部１０との間のそれぞれの容量Ｃ３、Ｃ４を介して車体金属部１０に戻る。ここで、入力インピーダンスＺ＿Ａと電流I５によって生じる電圧降下分がアンプ回路１１３に電圧入力として流入すると、アンプ回路１１３で増幅されてノーマルモードのノイズとして受信器１３０に受信されてしまい、アンテナ特性を劣化させてしまう。本実施形態の車載用アンテナ装置２００では、このようなノーマルモードノイズを低減するために、アンプ回路１１３と同軸ケーブル１２０との間に、フィルタ２１６を接続している。
【００３３】
ノーマルモードノイズの発生源となる電流Ｉ５を低減するためには、電流Ｉ３を低減するのが良く、Ｉ３を低減するにはＩ３が流れる線路（導通線路）のインピーダンスを高くするのがよい。但し、外導体１２２のインピーダンスを高くすると、アンテナユニット２１０から受信器１３０へ向かう信号の伝送も妨げてしまうため、信号の伝送に影響を与えることなく電流Ｉ３の導通線路のインピーダンスを高くする必要がある。そこで、本実施形態では、同軸ケーブル１２０とアンプ回路１１３との間にフィルタ２１６を接続している。
【００３４】
フィルタ２１６は、コモンモードノイズ由来の電流であるＩ３に対してインピーダンスが高く、アンテナユニット２１０から受信器１３０へ向かうノーマルモードの信号に対しては影響を与えないものが望ましく、本実施形態ではコモンモードチョークフィルタを接続している。これにより、フィルタ２１６は、ノーマルモードの信号に対して影響を与えずに、回路基板１１４と同軸ケーブル１２０の接続点でコモンモードを遮断することができ、同軸ケーブル１２０を経由するコモンモードノイズがアンプ回路１１３に流入するのを阻止することができる。
【００３５】
アンプ回路１１３と同軸ケーブル１２０との間にフィルタ２１６を接続することで、同軸ケーブル１２０の外導体１２２からみたアンプ回路１１４側のインピーダンスが、フィルタ２１６のインピーダンスＺ＿ＣＭＣの分だけ増加することから、回路基板１１４の地板１１５を流れる電流Ｉ３が低減される。これにより、同軸ケーブル１２０の配索位置に影響されることなく、従来のノイズ対策（第１の方法）と同様に、電流Ｉ３を低減させる効果を得ることができる。 また、電流Ｉ４に対するインピーダンスには変化を与えないため、従来のノイズ対策（第２の方法）を併せて行うことも可能である。
【００３６】
さらに、同軸ケーブル１２０からアンプ回路１１３へ向かうコモンモード電流はフィルタ２１６により阻止されるが、アンプ回路１１３の地板１１５からアンテナエレメント１１１及び１１２でのコモンモード電流は阻害されないため、地板１１５を無給電アンテナエレメント１１２の一部として動作させるように設計することが可能となり、空間を効率よく有効利用することが出来るため、限られた搭載スペースの中でアンテナサイズを最大限に大きく設計することができ、良好なアンテナ特性が得られるようにすることができる。
【００３７】
本実施形態の車載用アンテナ装置２００では、アンテナエレメント１１１、１１２の平衡、非平衡型に関わりなく、フィルタ２１６によりコモンモードノイズを低減させることができる。また、コモンモードに対する高インピーダンス特性は波長に依存しないため、フィルタ２１６の小型化やアンテナエレメント１１１、１１２の広帯域化にも容易に対応することができる。さらに、アンテナユニット２１０の形状や搭載位置に制約が加えられることもない。
【００３８】
上記のように、本実施形態の車載用アンテナ装置２００によれば、アンプ回路１１３と同軸ケーブル１２０との間にフィルタ２１６を接続することにより、同軸ケーブル１２０の配索位置やアンテナユニット１１０の設置位置に影響されることなく、アンプ回路１１３へ流入するコモンモードノイズ電流I３を低減することができる。その結果、アンプ回路１１３から受信器１３０へ伝送されるノーマルモードノイズを低減することができ、さらに限られた搭載スペースの中でアンテナサイズを最大限に大きく設計することが出来るので、アンテナ利得も高くすることができるため、良好なアンテナ特性が得られる。本実施形態の車載用アンテナ装置２００は、同軸ケーブル１２０の配策位置等に影響されず、安定したアンテナ特性が得られる。また、アンテナユニット２１０の形状や搭載位置に制約が加えられることもない。
【００３９】
（第２実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る車載用アンテナ装置を図１、２を用いて説明する。図１は、本実施形態の車載用アンテナ装置１００の概略構成を示す構成図であり、図２は、本実施形態の車載用アンテナ装置１００を車体金属部１０に近接させて配置したときの等価回路図である。
【００４０】
第１の実施形態の車載用アンテナ装置２００では、フィルタ２１６を同軸ケーブル１２０とアンプ回路１１３との間に配置していたが、本実施形態では、アンプ回路１１３と給電エレメント１１１及び無給電エレメント１１２との間に、フィルタ１１６を接続している。フィルタ１１６は、電流I５を低減しアンプ回路１１３へのコモンモードノイズの流入を阻止することができる。
【００４１】
ノーマルモードノイズの発生源となる電流Ｉ５を低減するためには、電流Ｉ５が流れる線路（導通線路）のインピーダンスを高くするのがよい。但し、給電エレメント１１１のインピーダンスを高くすると、所望のアンテナ特性が劣化してしまうため、アンテナ特性に影響を与えることなく電流Ｉ５の導通線路のインピーダンスを高くする必要がある。そこで、本実施形態では、アンプ回路１１３と給電エレメント１１１及び無給電エレメント１１２との間にフィルタ１１６を接続している。フィルタ１１６として、バランを用いることができる。
【００４２】
ＵＨＦ帯あるいはそれより長波長を対象とするアンテナでは、金属が近接していると完全な平衡状態で動作することはできない。本実施形態の車載用アンテナ装置１００でも、車体金属部１０が近接しているため、完全な平衡状態で動作することはほとんどない。完全な平衡状態で動作できない条件で強制バランを用いると、アンテナエレメントの非平衡動作を阻害して良好なアンテナ特性が得られなくなる場合がある。
【００４３】
そこで、本実施形態では、フィルタ１１６としてフロートバラン（チョークコイル）を用いている。フィルタ１１６として、アンテナエレメント１１１及び１１２とアンプ回路１１３との間にフロートバランを接続することにより、電流I４及びI５に対するインピーダンスが高くなり、電流I４及びI５が減少する。それにより外導体１２２から見たアンプ回路１１３側のインピーダンスが高くなり、電流Ｉ３も低減させることができる。これにより、同軸ケーブル１２０の配索位置に影響されることなく、従来のノイズ対策（第１の方法）と同様に、電流Ｉ３を低減させる効果を得ることができる。その結果、アンプ回路１１３から受信器１３０へ伝送されるノーマルモードノイズを低減することができ、良好なアンテナ特性が得られる。
【００４４】
電流Ｉ３と電流Ｉ５との関係を次式に示す。
Ｉ５＝Ｉ３・（Ｚ＿Ｂ＋Ｚ＿Ｇ）／（Ｚ＿Ａ＋２・Ｚ＿Ｂ＋Ｚ＿Ｆ＋Ｚ＿Ｇ）
ここで、Ｚ＿Ａはアンプ回路１１３の＋側入力と−側入力との間の入力インピーダンス、Ｚ＿Ｂはフィルタ１１６のインピーダンス、Ｚ＿Ｆは給電エレメント１１１と車体金属部１０との間のインピーダンス、及びＺ＿Ｇは無給電エレメント１１２と車体金属部１０との間のインピーダンスである。
【００４５】
フィルタ１１６によるノイズ低減効果を高めるためには、外導体１２２から見た回路基板１１４側のインピーダンスが高くなるようにフィルタ１１６のインピーダンスＺ＿Ｂを大きくするのがよい。その結果、Ｉ３を低減させることができる。ただし、Ｚ＿Ｂが十分大きい場合、上式より、インピーダンスＺ＿Ｆ、Ｚ＿Ｇの影響が相対的に小さくなることがわかる。これにより、従来のノイズ対策（第２の方法）であるインピーダンスＺ＿Ｇを小さくして電流Ｉ４を増加させる方法との併用は出来ないので、第一の実施形態に比べると、効果は限定的である。また、第一の実施形態の様に地板１１５を無給電エレメントの一部として設計することも出来ないためアンテナサイズも第一の実施例よりも小さくなる。
【００４６】
上記のように、本実施形態の車載用アンテナ装置１００によれば、回路基板１１４とアンテナエレメント１１１、１１２との間にフィルタ１１６を接続することにより、同軸ケーブル１２０の配索位置やアンテナユニット１１０の設置位置に影響されることなく、アンプ回路１１３が接続された線路側に流れる電流Ｉ５を低減することができる。その結果、アンプ回路１１３から受信器１３０に流れるノーマルモードノイズを低減することができ、良好なアンテナ特性が得られる。本実施形態の車載用アンテナ装置１００は、同軸ケーブル１２０の配策位置等に影響されず、安定したアンテナ特性が得られる。また、アンテナユニット１１０の形状や搭載位置に制約が加えられることもない。
【００４７】
本実施形態の車載用アンテナ装置２００によるコモンモードノイズの低減効果を検証するために、車載用アンテナ装置２００を車両に搭載して走行実験を行った。以下では、走行実験による検証結果について説明する。走行実験では、図５に示すように、アンテナユニット２１０をダッシュボード１１に搭載し、受信器１３０を後部座席下に設置しており、その間を同軸ケーブル１２０で接続している。アンテナユニット２１０による受信信号を、ここでは東京タワーＤＴＶ放送電波２７ｃｈとしている。
【００４８】
走行実験を、図５（ａ）に示すように、同軸ケーブル１２０を車体金属部１０に接触させて配索した場合（以下では、配索条件Ａとする）と、同軸ケーブル１２０をダッシュボード１１の近傍で長さ２０ｃｍだけ車体金属部１０から浮かせ（この部分を、ケーブルたわみ部分１２とする）、それ以外は車体金属部１０に接触させて配索した場合（以下では、配索条件Ｂとする）について行っている。
【００４９】
配索条件Ｂの場合には、同軸ケーブル１２０のケーブルたわみ部分１２が、アンテナエレメント１１１、１１２と同様に、電波を受信する状態になっている。その結果、配索条件Ｂの場合には、配索条件Ａの場合よりも受信電力が増大する。ダッシュボード１１内には様々の電気配線が配索されており、その近傍では電磁ノイズレベルが高いことから、配索条件Ｂの場合にはノイズが受信されやすくなる。
【００５０】
また、比較対象として、フィルタ２１６を有さない車載用アンテナ装置（以下では、比較例のアンテナ装置とする）を、本実施形態の車載用アンテナ装置２００と同じ条件で車両に搭載して走行実験を行っている。各走行実験とも、車両の位置情報を得るためにＧＰＳを搭載している。
【００５１】
走行実験では、上記の条件に従って車載用アンテナ装置２００を搭載した車両と、比較例のアンテナ装置を搭載した車両を、同一コースでそれぞれ走行させ、そのときの各アンテナの受信電力とＣＮＲ（Ｃａｒｒｉｅｒ ｖｓ． Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）を測定している。そして、車載用アンテナ装置２００と比較例のアンテナ装置のそれぞれについて、同一地点（ＧＰＳ情報で判定）における配索条件Ａの場合と配索条件Ｂの場合との受信電力及びＣＮＲのそれぞれの差を算出している（それぞれ受信電力差分及びＣＮＲ差分とする）。
【００５２】
同一、地点ｉにおける受信電力差分及びＣＮＲ差分は、それぞれ次式で算出される。
受信電力差分（地点ｉ）＝受信電力（配索条件Ｂ、地点ｉ）
−受信電力（配索条件Ａ、地点ｉ）
ＣＮＲ差分（地点ｉ）＝ＣＮＲ（配索条件Ｂ、地点ｉ）
−ＣＮＲ（配索条件Ａ、地点ｉ）
上式の受信電力差分及びＣＮＲ差分が、車載用アンテナ装置２００を搭載した場合と比較例のアンテナ装置を搭載した場合のそれぞれについて算出される。
【００５３】
上記の受信電力差分を横軸にし、ＣＮＲ差分を縦軸としてプロットした実験結果を図６に示す。受信電力差分及びＣＮＲ差分は、配索条件Ｂの場合のケーブルたわみ部分１２による受信電力及びＣＮＲの変化の影響の大きさを示していると考えられる。同図において、原点を通る傾き１の直線Ｃは、受信電力変化とＣＮＲの変化が同じ場合にプロットされる位置である。つまり、直線Ｃ上からのプロットずれ量が、ケーブル配索条件ＡとＢとの間のノイズ流入の差を示している。すなわち、プロットが直線Ｃ上に分布するときケーブルたわみ部分１２によるノイズ変化の影響がないことを示している。
【００５４】
図６（ａ）は、フィルタ２１６を有さない比較例のアンテナ装置を搭載したときの実験結果であり、図６（ｂ）は、本実施形態の車載用アンテナ装置２００を搭載したときの実験結果を示している。図６（ａ）より、フィルタ２１６を有さない場合には、実験データが直線Ｃよりも５ｄＢ程度右側に分布している。すなわち、同一の受信電力が得られた場合、ケーブルのたわみ部１２によってＣＮＲが５ｄＢ程度劣化することを意味している。フィルタ２１６を有さない場合には、ケーブルのたわみ等の配策条件によるノイズの流入を防げないことを示している。
【００５５】
これに対し、フィルタ２１６を有する本実施形態の車載用アンテナ装置２００では、直線Ｃの周辺にプロットが分布している。これは、フィルタ２１６を用いることで、ケーブルたわみ部分１２でケーブルが受信したコモンモードノイズのアンプ回路への流入が低減されていることを示している。すなわち、アンプ回路１１３と同軸ケーブル１２０との間にフィルタ２１６を配置した本実施形態の車載用アンテナ装置２００では、車体金属部１０から流入するコモンモードノイズの影響を低減することができ、これにより同軸ケーブル１２０の配策条件等に影響されない安定したアンテナ特性を得ることが可能となる。
【００５６】
なお、本実施の形態における記述は、本発明に係る車載用アンテナ装置の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態における車載用アンテナ装置の細部構成及び詳細な動作等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１０ 車体金属部
１１ ダッシュボード
１２ ケーブルたわみ部分
１００、２００ 車載用アンテナ装置
１１０、２１０ アンテナユニット
１１１ 給電エレメント
１１２ 無給電エレメント
１１３ アンプ回路
１１４ 回路基板
１１５ 地板
１１６、２１６ フィルタ
１２０ コネクタ付き同軸ケーブル
１２１ 中心導体
１２２ 外導体
１３０ 受信器
１４０、２４０ 受信システム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
給電エレメントと無給電エレメントとを有するアンテナユニットと、裏面に地板を備える回路基板と、前記回路基板に搭載されて前記アンテナユニットで受信した受信信号を増幅するアンプ回路と、前記アンプ回路と受信器とを電気的に接続する同軸ケーブルと、を備える車載用アンテナ装置であって、
前記同軸ケーブルの外導体に混入するコモンモードノイズを低減するためのフィルタをさらに備える
ことを特徴とする車載用アンテナ装置。
【請求項２】
前記フィルタは、前記アンプ回路と前記同軸ケーブルとの間に接続され、前記給電エレメントが前記アンプ回路に接続され、前記無給電エレメントが前記地板に接続されている
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】
前記フィルタは、前記アンプ回路と前記アンテナユニットとの間に配置され、前記給電エレメントが前記フィルタを介して前記アンプ回路に接続され、前記無給電エレメントが前記フィルタを介して前記地板に接続されている
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４】
前記給電エレメント及び前記無給電エレメントは、前記同軸ケーブルが前記アンプ回路に接続される接続方向に略平行に配置されている
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の車載用アンテナ装置。
【請求項５】
前記フィルタは、前記同軸ケーブルの外導体に混入するコモンモードノイズを遮断するコモンモードチョークコイルである
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の車載用アンテナ装置。
【請求項６】
前記フィルタは、前記同軸ケーブルの外導体から見た前記回路基板側のインピーダンスを高くするためのチョークコイルである
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の車載用アンテナ装置。
【請求項７】
前記アンテナユニットは、ＵＨＦ周波数帯において広帯域な受信特性を有している
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の車載用アンテナ装置。
【請求項１】
給電エレメントと無給電エレメントとを有するアンテナユニットと、裏面に地板を備える回路基板と、前記回路基板に搭載されて前記アンテナユニットで受信した受信信号を増幅するアンプ回路と、前記アンプ回路と受信器とを電気的に接続する同軸ケーブルと、を備える車載用アンテナ装置であって、
前記同軸ケーブルの外導体に混入するコモンモードノイズを低減するためのフィルタをさらに備える
ことを特徴とする車載用アンテナ装置。
【請求項２】
前記フィルタは、前記アンプ回路と前記同軸ケーブルとの間に接続され、前記給電エレメントが前記アンプ回路に接続され、前記無給電エレメントが前記地板に接続されている
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】
前記フィルタは、前記アンプ回路と前記アンテナユニットとの間に配置され、前記給電エレメントが前記フィルタを介して前記アンプ回路に接続され、前記無給電エレメントが前記フィルタを介して前記地板に接続されている
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４】
前記給電エレメント及び前記無給電エレメントは、前記同軸ケーブルが前記アンプ回路に接続される接続方向に略平行に配置されている
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の車載用アンテナ装置。
【請求項５】
前記フィルタは、前記同軸ケーブルの外導体に混入するコモンモードノイズを遮断するコモンモードチョークコイルである
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の車載用アンテナ装置。
【請求項６】
前記フィルタは、前記同軸ケーブルの外導体から見た前記回路基板側のインピーダンスを高くするためのチョークコイルである
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の車載用アンテナ装置。
【請求項７】
前記アンテナユニットは、ＵＨＦ周波数帯において広帯域な受信特性を有している
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の車載用アンテナ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１５１６２３（Ｐ２０１１−１５１６２３Ａ）
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１２８１（Ｐ２０１０−１１２８１）
【出願日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【出願人】（０００００５０１６）パイオニア株式会社 (3,620)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【出願人】（０００００５０１６）パイオニア株式会社 (3,620)
【Ｆターム（参考）】
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