CN106169642B - 车辆用窗玻璃和玻璃天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供具有能提升美观性并能利用宽频带进行通信的玻璃天线的车辆用窗玻璃和玻璃天线。车辆用窗玻璃(11)，其具有发送和接收通信波的玻璃天线(100)，玻璃天线包括：一对电极，包括接地侧电极(7)和供电用电极(6)；第1天线元件(1)，其与供电用电极相连接；第2天线元件(2)，其与供电用电极相连接且向大致下方延伸，比第1天线元件长；第3天线元件(3)，其与供电用电极相连接，比第2天线元件短且向与第2天线元件的延伸方向不同的方向延伸；第4天线元件(4)，其一端与第3天线元件的端部相连接，另一端向上方延伸；及第5天线元件(5)，其一端与第3天线元件的端部和第4天线元件的一端相连接，另一端向下方延伸。

Description

车辆用窗玻璃和玻璃天线
技术领域
本发明涉及包括用于发送和接收通信波的玻璃天线的车辆用窗玻璃和玻璃天线。
背景技术
近年来，随着通信技术的发展，有时将便携式设备等带入车辆中并在车辆与便携式设备之间和车辆与外部之间进行通信。
另外，提出一种车辆本身具有自外部收集信息的功能和传送信息的功能的、所谓互联汽车(Connected Car)的技术。在互联汽车中，提供一种用于缓解交通拥堵、辅助驾驶等的远程信息处理服务，该远程信息处理服务通过对车辆所发送的位置信息、车况、以及路面状况等数据和自外部收集的地图信息、交通信息、以及天气信息等进行双向通信来提高车辆的效率性、安全性。并且，在互联汽车中，还期待提供音乐·运动图像传送服务等作为提高使用者的便利性的工具(设备)的解决方案/服务等。
对于在这样的双向通信中使用的通信波，每个国家所规定的使用频率不同，另外，即使在1个国家中，每个载体所使用的频带也不同。因而，优选以能够接收多个通信波的方式与宽频带相对应的天线。
在此，为了实现车辆与外部之间的双向通信功能，如图1所示，提供一种在车辆的车顶搭载通信用天线的技术。
在图1所示的例子中，在车辆90的车顶91上搭载有分集构造的天线单元80，该天线单元80具有在车辆90的前后方向上分开地竖立设置在底板83上的第1天线81和第2天线82。这些天线81、82内置在外壳84内。
另外，在车辆中，为了接收广播、电视等而提出各种在窗玻璃上设置天线功能而成的玻璃天线的技术。例如，图2所示的专利文献2的玻璃天线70能够接收数字音频广播。
专利文献1：日本特开2012－054915号公报
专利文献2：国际公开2014－104365号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，在专利文献1的例子中，由于天线单元80自车顶91突出，因此有可能对车辆的设计、车辆的空气动力特性产生影响。
另外，如专利文献2那样，现在通常搭载的玻璃天线以接收广播波为前提，没有利用通信波。
因此，本发明是鉴于所述情况而做出的，其目的在于，提供一种能够提升美观性并能够利用宽频带进行通信的、具有玻璃天线的窗玻璃和该通信用天线。
用于解决问题的方案
为了解决所述问题，本发明提供车辆用窗玻璃和玻璃天线，该车辆用窗玻璃具有用于发送和接收通信波的玻璃天线，其特征在于，所述玻璃天线包括：一对电极，该一对电极包括接地侧电极和供电用电极；第1天线元件，其与所述供电用电极相连接；第2天线元件，其与所述供电用电极相连接且向大致下方延伸，该第2天线元件比所述第1天线元件长；第3天线元件，其与所述供电用电极相连接，该第3天线元件比所述第2天线元件短且向与所述第2天线元件的延伸方向不同的方向延伸；第4天线元件，其一端与所述第3天线元件的端部相连接，另一端向上方延伸；以及第5天线元件，其一端与所述第3天线元件的端部和所述第4天线元件的一端相连接，另一端向下方延伸。
发明的效果
采用一技术方案，在包括玻璃天线的车辆用窗玻璃中，能够提升美观性并利用宽频带进行通信。
附图说明
图1是设有以往的通信用天线的车辆的整体图。
图2是设有以往的广播用天线的车辆用窗玻璃的图。
图3是设有作为本发明的实施方式的通信用玻璃天线的前方窗玻璃的整体俯视图。
图4是作为本发明的第1实施方式的通信用的玻璃天线的放大图。
图5是将电阻和连接器设于图4所示的通信用玻璃天线的放大图。
图6A是将图5的电阻和连接器设置在天线上的状态的立体图。
图6B是将电阻和连接器设置在天线上的另一例子的立体图。
图7是表示频率为0.7GHz时的电流的大小的示意图。
图8是表示频率为0.8GHz时的电流的大小的示意图。
图9是表示频率为0.9GHz时的电流的大小的示意图。
图10是表示频率为1.71GHz和2GHz时的电流的大小的示意图。
图11是表示频率为2.5GHz时的电流的大小的示意图。
图12是表示频率为2.69GHz时的电流的大小的示意图。
图13是以利用外罩将图4所示的玻璃天线、相机、以及雨量传感器覆盖的方式设置的前方窗玻璃的整体示意图。
图14是以利用外罩将本发明的第2实施方式的玻璃天线、相机、以及雨量传感器覆盖的方式设置的前方窗玻璃的一部分的俯视图。
图15是以利用外罩将本发明的第3实施方式的天线、相机、以及雨量传感器覆盖的方式设置的前方窗玻璃的一部分的俯视图。
图16是以利用外罩将本发明的第4实施方式的天线、相机、以及雨量传感器覆盖的方式设置的前方窗玻璃的一部分的俯视图。
图17是以利用外罩将本发明的第5实施方式的天线、相机、以及雨量传感器覆盖的方式设置的前方窗玻璃的一部分的俯视图。
图18是对在测量中使用的车辆和发送用天线的状态进行说明的图。
图19是表示玻璃天线的回波损耗的图表。
图20是表示玻璃天线的垂直极化波的增益特性的图表。
图21是表示玻璃天线的水平极化波的增益特性的图表。
附图标记说明
1、第1天线元件；2、第2天线元件；3、线条元件(第3天线元件)；4、线条元件(第4天线元件)；5、线条元件(第5天线元件)；6、供电用电极；7、接地侧电极；7N、缺口部；8、电阻；9、连接器；11、窗玻璃(前挡风玻璃)；11a、11b、11c、11d、窗玻璃的外周缘；12、中心线；14、遮蔽膜；15、突出部；16、遮蔽点部；17、遮蔽点部；20、20－1、20－2、20－3、20－4、外罩；21、相机；22、雨量传感器；23、车内后视镜配线支承部；24、后视镜基部；30、车辆壳体；30a、30b、30c、30d、车体凸缘的缘部；40、车辆；100、100－1、100－2、100－3、100－4、玻璃天线；α、天线导体；β、天线导体；γ、天线导体。
具体实施方式
以下，参照附图说明用于实施本发明的最佳方式。另外，在用于说明方式的附图中，对于方向，在没有特别记载的情况下是指附图上的方向。并且，这些附图是对着窗玻璃的面进行观察时得到的图，并且是窗玻璃安装于车辆的状态下的车内视(或者车外视)的图，附图上的左右方向(横向)相当于水平方向，上下方向相当于垂直方向。
其中，这些附图也可以作为车外视的图进行参照。例如，在窗玻璃安装于车辆的前部的前挡风玻璃的情况下，附图上的左右方向相当于车宽方向。并且，本发明的窗玻璃并不限定于前挡风玻璃，也可以为安装于车辆的后部的后挡风玻璃、安装于车辆的侧部的侧窗玻璃。并且，平行、垂直等方向容许不损害本发明的效果的程度的偏差。
另外，在本发明中，窗玻璃是用于覆盖车辆壳体的开口部的窗板的一例。窗板的原材料并不限定于玻璃，也可以为树脂、薄膜等。窗玻璃11安装于在车辆壳体(车体开口部、车身凸缘)30形成的车身凸缘。窗玻璃11的外周缘11a、11b、11c、11d利用图3中的虚线来图示。车辆壳体30具有用于形成车体的窗开口部的车体凸缘的缘部30a、30b、30c、30d。
图3是表示本发明的一实施方式的玻璃天线(车辆用玻璃天线的一例)100的俯视图。车辆用玻璃天线(通过印刷、埋设、粘贴等安装于窗板的天线)100构成为包括作为平面的导体图案而设于车辆用窗玻璃(窗板、前挡风玻璃)11的电极和天线导体。
图4是作为第1实施方式的、设于车辆用窗玻璃的玻璃天线100的放大图。玻璃天线100包括：一对电极(供电用电极6、接地侧电极7)；第1天线元件1(天线导体α)，其与该供电用电极6相连接；第2天线元件2(天线导体β)，其与该供电用电极6相连接，比第1天线元件1长且向大致下方方向延伸；以及天线导体γ，其与该供电用电极6相连接且具有3个线条元件。
天线导体γ包括：线条元件3(第3天线元件)，其与所述供电用电极6相连接，且向与所述第2天线元件2的延伸方向不同的方向延伸；线条元件4(第4天线元件)，其一端与线条元件3的端部相连接，另一端向大致上方方向延伸；以及线条元件5(第5天线元件)，其一端与所述线条元件3的端部和线条元件4的端部相连接，另一端向大致下方方向延伸。
在此，大致上方是指比另一端部相对靠上方向，包含垂直方向上方和斜上方，大致下方是指比另一端部相对靠下方向，包含垂直方向下方和斜下方。
另外，天线导体的角也可以具有曲率而弯折。并且，端部既可以是天线元件1～天线元件5延伸的末端，也可以是该末端跟前的导体部分、即末端附近。
在图3中，也可以是，在前挡风玻璃用的窗玻璃11的表面上的周缘区域形成有黑色或茶色等的遮蔽膜14，在该遮蔽膜14上设置天线导体的一部分或整个天线导体。作为遮蔽膜14，能够列举出黑色陶瓷膜等陶瓷。
另外，遮蔽膜14也可以在利用单点划线图示的窗玻璃11的宽度方向上的中心线12的附近具有突出部(遮蔽膜突出部)15，以用于配置后述的相机21等(参照图13～图17)。突出部15的两侧边以例如两侧边之间的距离随着朝向窗玻璃11的面内去变小的方式沿倾斜方向形成。在本申请中，作为前挡风玻璃的窗玻璃11的中心线12与侧边的延长线所成的角度为0°以上且85°以下。
突出部15的包括下述遮蔽点部16、17在内的宽度为窗玻璃11的整个宽度的例如1/3左右，具体而言，向下凸的梯形形状的突出部15的上边形成为260mm～660mm左右，下边形成为140mm～540mm左右，突出部15的高度形成为130mm～260mm。
并且，在遮蔽膜14的缘部的下部形成有沿左右方向延伸的遮蔽点部16，在突出部15的面内侧的缘部(侧方)形成有沿上下方向延伸的遮蔽点部17。遮蔽点部16、17由多个点(dot)形成，通过使点的大小自突出部15的中央部朝向外侧(自上而下)逐渐变小和/或使点的间隔自突出部15的中央部朝向外侧(自上而下)逐渐变大，从而使遮蔽点部16、17以逐渐变薄(以带有层次的方式)的方式具有规定的宽度。例如，沿左右方向延伸的遮蔽点部16的宽度W16形成为3mm～20mm左右，沿水平方向延伸的遮蔽点部17的宽度W17形成为15mm～30mm左右。
此外，对于突出部15的未设置有玻璃天线100和后述的外罩等的一侧(在图3中为右半部分)，遮蔽部14的该侧的突出部15也可以在整体上均由点部形成。
在本申请中，在从窗玻璃11的车外侧进行观察时，由于遮蔽膜14的存在，从车外看不见电极和天线导体的在车内视时设在遮蔽膜14上的部分，成为设计优异的窗玻璃。在图示的结构中，通过使一对电极6、7、第1天线元件1、以及第2天线元件2和第3天线元件3的至少一部分形成在遮蔽膜14的突出部15上，在车外视时仅能目视看到导体(天线导体γ的一部分)的较细的直线部分，在设计上是优选的。
对于玻璃天线100来说，在车辆壳体30、例如金属制的车辆壳体的上缘部30a的附近配置供电用电极6是适合的形态。
在图4中，示出了长方形的供电用电极6。在供电用电极6的下边的两端端部具有用于与第1天线元件1连接的连接点a和用于与第2天线元件2连接的连接点c。或者，也可以如图17所示那样，第1天线元件1D和第2天线元件2D均连接于供电用电极6D的右边，对此详见后述。或者，若为水平方向，则也可以是第1天线元件1和第2天线元件2自左边和右边向相反的方向延伸。
在后述的本发明的实施方式中，也可以将含有天线导体的导体层设于合成树脂制膜的内部或其表面，将带导体层的合成树脂制膜设置于窗玻璃的车内侧表面或车外侧表面，从而做成玻璃天线。而且，也可以将形成有天线导体的电介质制挠性电路基板设置于窗玻璃板的车内侧表面或车外侧表面，从而做成玻璃天线。
另外，元件的“端部”既可以是元件延伸的起点或终点，也可以是该起点或终点跟前的导体部分、即起点附近或终点附近。并且，元件之间的连接部也可以以具有曲率的方式连接。
天线导体是通过将银糊剂等含有导电性金属的糊剂印刷于窗玻璃的车内侧表面并进行烧结而形成的。但是，并不限定于该形成方法，即可以将含有铜等导电性物质的线状体或箔状体形成于窗玻璃的车辆侧表面或车外侧表面，也可以通过粘接剂等将含有铜等导电性物质的线状体或箔状体形成于窗玻璃，还可以将含有铜等导电性物质的线状体或箔状体设于窗玻璃自身的内部。供电用电极6和接地侧电极7也是同样的。
在此，在车辆壳体30为金属制的情况下，存在如下倾向：越是将天线的辐射元件设置在窗玻璃11上的靠近车辆壳体30的位置，天线的接收增益越会由于辐射元件与金属之间的干扰而降低。
在本发明中，在使用图13～图17所示的任一实施方式的情况下，均是最长的线条元件、即第2天线元件2与供电用电极6的下边(下方)相连接。因而，在玻璃天线100的天线导体内最涉及性能的最长的第2天线元件2与车辆壳体30的上缘部30a分开规定距离。
详细而言，配置车辆用天线的区域是窗玻璃11的上缘部11a的周边，且是自开口部的上缘部30a起在垂直方向上的长度的25％以内的范围，优选在250mm以内，更优选在100mm以内，进一步优选在70mm以内。
此外，为了避免玻璃天线100与车辆壳体30之间发生金属干扰，将玻璃天线100以与车辆壳体30的上缘部30a以及侧缘部30b均分开规定距离的方式设置更好，因此，将玻璃天线100配置在窗玻璃11的中心线12的附近。
第1实施方式
在图4所示的第1实施方式中，玻璃天线100包括自供电用电极6延伸的天线导体α、天线导体β、以及天线导体γ。
在本发明的第1实施方式中，构成天线导体α的第1天线元件1以与供电用电极6连接的连接点a为起点向远离上缘部30a的方向、即沿着大致垂直方向延伸至作为终点的下端b。构成天线导体β的第2天线元件2以与供电用电极6连接的连接点c为起点向远离上缘部30a的方向、即沿着大致垂直方向延伸至作为终点的下端d。
另外，在天线导体γ中，线条元件(第3天线元件)3以与供电用电极6接连的连接点e为起点向远离接地侧电极7的方向延伸到端部f。线条元件(第4天线元件)4与线条元件3的端部f相连接，并向上方、即向接近上缘部30a的方向延伸到端部g。线条元件(第5天线元件)5与线条元件3和线条元件4的端部(即、线条元件3和线条元件4之间的连接部)f相连接，并向下方、即向远离上缘部30a的方向延伸到端部h。
这样，在本实施方式中，在构成天线导体的多个天线元件中，第1天线元件1和第2天线元件2以具有与地平面(特别是，水平面)垂直的垂直方向上的矢量成分的方式设于窗玻璃11，从而更加容易接收通信波中的垂直极化波的电波。窗玻璃11相对于车辆的安装角度优选相对于例如地平面为15°～90°。
图5是将电阻8和连接器9设于图4所示的玻璃天线100的放大图。
在作为本发明的对象的通信用的天线中，进行包含远程信息处理服务的信息的发送和接收。作为远程信息处理服务的性质，要求实时性、紧急性，因此需要维持网络的连接状态。因此，在本发明的实施方式中，至少设置有用于检查天线已连接的检测连接用的电阻8。
在本发明的实施方式中，还设置了连接器9。采用该结构，构成为利用由与天线元件相连接的供电用电极6、接地侧电极7、连接器9、电阻8、同轴线缆的内部导体、以及同轴线缆的编组线(日文：編組線)等外部导体相连而成的路径来形成闭合回路。在这样的结构中，在利用设于车辆且与同轴线缆相连接的通信设备(未图示)没能获得包含电阻8的电路的规定范围的电阻值的情况下，检查出天线没有连接，从而检测出不能进行通信。
图6A是图5的电阻8和连接器9的设置状态的立体图。在图6A中，示出了将电阻8(电阻模块元件)和连接器9分别进行软钎焊而设置在通过银印刷而构成的玻璃天线100的成对的电极6、7上的例子。
图6B是将电阻8和连接器9设置在天线100上的另一例子的立体图。在图6B中，示出了预先利用焊接或软钎焊使电阻8(轴向引线电阻)与连接器9之间的腿部相连接并将该腿部利用软钎焊设置在通过银印刷而构成的一对电极6、7上的例子。
在此，供电用电极6是与连接于接收器的同轴线缆的内部导体电连接的供电点(供电部)。
在窗玻璃11中，将供电用电极6(正极侧供电部、供电侧电极部)与同轴线缆的内部导体(芯线)之间电连接起来，将接地侧电极7(负极侧供电部、接地电极部)与同轴线缆的外部导体之间电连接起来。做成将用于电连接同轴线缆与供电用电极6以及电连接同轴线缆与接地侧电极7的连接器9(参照图5)安装于供电用电极6和接地侧电极7的结构，从而容易将同轴线缆安装于供电用电极6和接地侧电极7。
接地侧电极7只要以不与供电用电极6和电连接于供电用电极6的天线导体α～天线导体γ接触的方式接近供电用电极6的周边地配置即可。在图4、图13～16的情况下，接地侧电极7以与供电用电极6分开的方式配置在供电用电极6的右侧。接地侧电极7也可以以与供电用电极6分开的方式配置在供电用电极6的上侧(例如在为图17的实施方式时)。或者，在玻璃天线100设置在比窗玻璃11的中心线12靠右侧的情况下，接地侧电极7也可以以与供电用电极6分开的方式配置在供电用电极6的左侧。
供电用电极6的形状根据直接安装于供电用电极6的供电线的顶端形状或者用于连接供电用电极6和供电线的连接构件的形状(例如，连接器9的安装面、接触端子的形状)决定较好。例如，从安装方面而言，优选正方形、大致正方形、长方形、大致长方形等方形状、多边形形状。另外，也可以为圆、大致圆、椭圆、大致椭圆等圆状。
接地侧电极7的形状也可以与供电用电极6同样地为任意形状。并且，供电用电极6与接地侧电极7之间的分开距离也根据直接安装于供电用电极6和接地侧电极7的供电线的顶端形状或者用于连接供电用电极6与供电线以及连接接地侧电极7与供电线的连接构件的形状(例如，连接器9的安装面、接触端子的形状)决定较好。
在此，对于通信波，每个国家所规定的使用频率不同，另外，即使在1个国家中，每个载体所使用的频带也不同。因而，优选以能够接收多个通信波的方式与宽频带相对应的天线。
对本发明的玻璃天线进行设定，以便能够在通信所使用的UHF(Ultra Highfrequency：特高频)波中的、例如使用于LTE(Long Term Evolution：长期演进技术)的频带中的3个频带0.698GHz～0.894GHz、1.71GHz～1.995GHz、2.496GHz～2.69GHz中进行通信。作为玻璃天线，其包括一对电极6、7和多个天线元件1～5，从而对应多个频率。
以下，使用图7～图12来说明与各频带相对应的情况下的电流的模拟。
图7～图9是与0.698GHz～0.894GHz的频带(在本发明中称作Band1)相对应的模拟图。图7是表示频率为0.7GHz时的电流的大小的示意图。在频率为0.7GHz时，电流在第2天线元件2中流动并辐射。
图8是表示频率为0.8GHz时的电流的大小的示意图。在频率为0.8GHz时，电流在第2天线元件2、线条元件4以及线条元件5中流动并辐射。此时，还使用通过第2天线元件2、线条元件4以及线条元件5的接近而实现的电容耦合或电磁场耦合来进行辐射。
图9是表示频率为0.9GHz时的电流的大小的示意图。在频率为0.9GHz时，电流在线条元件4和线条元件5中流动并辐射。
图10是与1.71GHz～1.995GHz的频带(在本发明中称作Band2)相对应的模拟图，在频率为1.71GHz时和频率为2GHz时，电流均示出大致相同的大小。在频率为1.71GHz和2GHz时，其属于第2频带(Band2)，与第1频带(Band1)的频率相比波段的频率较高，且波长较短，因此，电流通过接地侧电极7与供电用电极6之间的耦合部进行流动。
图11～图12是与2.496GHz～2.69GHz的频带(在本发明中称作Band3)相对应的模拟图。图11是表示频率为2.5GHz时的电流的大小的示意图。电流主要在电极6、7之间的耦合部以及较短的第1天线元件1、第2天线元件2中流动。
图12是表示频率为2.69GHz时的电流的大小的示意图。电流主要在电极之间的耦合部以及整个天线元件1～5中流动。
由图7～图12可知，通过组合使用多个元件，作为天线能够对于较宽的频带进行通信。
此外，由所述模拟可知，在本发明的实施方式中接收的通信波中的、作为最低的频带的第1频带由较长的第2天线元件2、线条元件4以及线条元件5接收。
具体而言，0.7GHz附近的频率主要由第2天线元件2接收。因此，将频率0.7GHz下的空气中的波长设为λ01，将窗玻璃11的波长缩短率设为k1，将窗玻璃上的波长设为λg1＝λ01·k1，此时，若自供电用电极6到第2天线元件2的顶端为止的最长路径长度(即，天线元件2的导体长度)L2在以(3/10)·λg1为目标值的、(29/100)·λg1以上且(4/10)·λg1以下的范围内，则会在0.7GHz附近的频带产生共振，从而能够得到从提高天线增益这一方面而言优选的结果。
因而，对于0.7GHz附近的频率，在想要提高天线增益的情况下，若将电波的速度设为3.0×108m/s、将波长缩短率k1设为0.61，则将路径长度La即第2天线元件2的导体长度调整为76mm以上且105mm以下较好。
另外，在0.9GHz附近的频率主要由线条元件4和线条元件5构成的直线接收。因此，将频率0.9GHz下的空气中的波长设为λ02，将窗玻璃11的波长缩短率设为k2，将窗玻璃11上的波长设为λg2＝λ02·k2，此时，若自线条元件4的上端g到线条元件5的下端h为止的路径长度Lb在以(4/10)·λg2为目标值的、(35/100)·λg2以上且(45/100)·λg2以下的范围内，则会在0.9GHz附近的频带产生共振，从而能够得到从提高天线增益这一方面而言优选的结果。
因而，对于0.9GHz附近的频率，在想要提高天线增益的情况下，若将电波的速度设为3.0×108m/s、将波长缩短率k2设为0.58，则将作为导体长度L45的线条元件4的导体长度L4和线条元件5的导体长度L5的合计值调整为68mm以上且87mm以下较好。
此外，为了确保宽频带，期望的是，第2天线元件2的导体长度L2和由线条元件4和线条元件5构成的直线的导体长度L45为不同长度。在本例子中，第2天线元件2的导体长度比由线条元件4和线条元件5构成的直线的导体长度L45长，较长的第2天线元件2能够在低频侧的0.7GHz附近进行通信，但长度L2、L45也可以相反。即，第2天线元件2的导体长度L2也可以比所述直线的导体长度L45短，在该情况下，较短的第2天线元件2接收0.9GHz周边的频率，较长的直线接收0.7GHz的频率。
此外，即使将第2天线元件2的导体长度和由第4天线元件和第5元件构成的直线的导体长度L45中的任意一个长度设定得较长，为了能够与不同波长进行通信，元件之间也分开规定距离地进行配置。在图4的情况下，线条元件5的下端h最接近第2天线元件2，它们之间的距离优选分开3mm以上。
另外，在2.5GHz和2.69GHz附近的频率，第1天线元件1主要影响天线的阻抗特性。此时，波长缩短率k3＝0.5，λg3＝60mm，电极6、7也参与到通信中，对天线元件1的导体长度L1进行调整来主要对供电进行匹配调整。因此，使第1天线元件1与接地侧电极7的一部分接近地排列设置而进行耦合，并决定了在2.5GHz和2.69GHz附近匹配(回波损耗)。因此，将第1天线元件1的导体长度L1调整为2mm以上且6mm以下较好。
另外，由于本发明的玻璃天线100在电极6、7处具有宽度较宽的实心部(填充部)，因此，能够对应较宽的频带。
但是，若实心部的面积过大，则该部分有可能作为车辆用玻璃而言强度不够或因玻璃与金属之间的热吸收、应力的差异而产生应变。因此，为了能够保持玻璃的强度并增大电极的宽度，在接地侧电极7中的未设有电阻8和连接器9的部位形成了缺口部7N(参照图4、图5)。此外，也可以是，不仅在接地侧电极7中形成缺口部，在供电用电极6中的未设有连接器9的部位也形成缺口部。
如上所述，由于本发明的玻璃天线100包括长度不同的多个天线元件，因此，由图7～图12的模拟图可知，能够在不影响车辆的设计、空气动力特性的情况下与多个频带即宽频带对应。
在此，由于车辆是移动体，因此，优选的是，设置多个天线，具有能够根据位置来切换为接收灵敏度良好的某一个天线的电波选择能力。或者，进一步优选设成具有利用多个天线来增加通信容量的功能的MIMO(Multiple－Input Multiple－Output：多输入多输出系统)结构。
因此，在本发明中，还能够在窗玻璃11的宽度方向上的中心线12处呈大致线对称地设置与本发明的天线100相同结构的宽频带的天线。此时，为了避免多个天线相互干扰，优选将多个天线分开规定距离(例如，作为频率0.7GHz的波长的0.2倍的86mm以上)地设置。这样，通过在窗玻璃11上设置多个玻璃天线并借助天线切换来提高通信性能或者设成MIMO结构，能够获得在作为移动体的车辆中也能利用宽频带来提高通信容量的效果。
图13是以利用外罩20将本发明的实施方式的玻璃天线100、相机21、以及雨量传感器22覆盖的方式设置的车辆用的前方窗玻璃11的整体示意图。
近年来，为了提高车辆的安全性，大多在前方窗搭载距离测量用的双镜头立体相机。根据利用搭载的相机中的多台相机对同一对象物进行拍摄时的两个图像(基准图像和参照图像)算出图像的偏移，基于该图像的偏移测量距对象物(人、车、信号器等)的距离。因此，为了能够左右均等地检测车辆前的对象物，具有在前挡风玻璃的水平方向上的大致中央部附近的上部设置的趋势。
并且，为了能够将驾驶员自雨刷开关的操作中解放出来并进一步提升雨天时的视野，还将为了对雨刷进行自动控制而对落到玻璃上的雨的状态进行检查的雨量传感器设于前挡风玻璃，这种情况正在增多。
在设置这样的相机和/或雨量传感器的情况下，相机和/或雨量传感器有时被用于避免误操作且提升美观性的外罩所覆盖。优选的是，本发明的实施方式的玻璃天线100以隐藏在外罩20内的方式、即以尽量收纳在外罩内部的方式设于窗玻璃11。
但是，外罩20可以不必覆盖整个玻璃天线100，也可以是，以覆盖对美观造成较大影响的自窗玻璃11向空间方向突出地设置的电阻8和连接器9、并覆盖构成实心部的接地侧电极7和供电用电极6中的至少一部分的方式设置外罩20。由于天线元件1～5以安装在窗玻璃11内的方式设置且为较细的线状，因此，即使设置在外罩20之外的情况下，也不易显眼。
在此，与图4的第1实施方式的玻璃天线100相对应的外罩20如图13所示那样形成为上边较长且下边较短的梯形形状。设有这样的梯形形状的外罩20的遮蔽膜14的、包含遮蔽点部17在内的突出部15也为上边较长且下边较短的梯形形状，位于突出部15的侧边附近的遮蔽点部17的侧边为直线。
在该结构中，优选的是，如图13所示，线条元件4和线条元件5构成直线状且沿着遮蔽膜14的突出部15的侧边和外罩20的侧边平行延伸。
例如，作为一例，“沿着侧边”指的是，自突出部15的一边(侧边)起向内侧或外侧的15mm以内、优选10mm以内。
在该情况下，以使由线条元件4和线条元件5构成的直线的上端g与直线的下端h相比远离第2天线元件2和第2天线元件2的上方的假想延长线的方式配置。即，该直线的下端h最接近第2天线元件2，该直线与第2天线元件2不平行，以越向上方去越远离所述第2天线元件2的方式延伸。
通过如此形成，玻璃天线100在自上缘部30a向窗玻璃11的面内方向突出而远离上缘部30a的下侧，不挤占空间，能够提高美观性。
此外，LTE的通信波是抗噪声性强的系统，因此，与用于接收广播、电视等的广播波的天线系统相比，即使如图13～图17所示那样将玻璃天线100配置在相机21、雨量传感器22的附近，其所发送和接收的通信波也不易受到噪声的影响。
此外，在图13～17中，附图标记23表示车内后视镜配线支承部，附图标记24表示作为车内后视镜支承部的后视镜基部。车内后视镜配线支承部23和后视镜基部24配置在外罩20的外侧。
第2实施方式
本发明的玻璃天线也可以与外罩和突出部的形状相对应地变形。图14是以利用外罩20－1将本发明的第2实施方式的玻璃天线100、相机21、以及雨量传感器22覆盖的方式设置的车辆用的前方窗玻璃11的一部分的示意图。
在本实施方式中，外罩20－1的侧面(左侧侧面)向鼓出方向弯曲(为曲线)。或者，也可以以规定的角度向鼓出方向进行弯折。
因而，在本实施方式的玻璃天线100－1中，线条元件4A和线条元件5A没有构成直线状，连接部f以向外侧弯曲的方式形成。即使在如此形成的情况下，也具有与上述相同的效果。
此外，形成于窗玻璃11的周边区域的遮蔽膜14的向面内方向突出的突出部15的侧边的形状和遮蔽点部17－1的沿着侧边的形状均不限于梯形形状，如图14所示，这两者也可以以侧边鼓出的方式进行弯曲。
第3实施方式
本发明的玻璃天线也可以与外罩和突出部的形状相对应地变形。图15是以利用外罩20－2将本发明的第3实施方式的玻璃天线100－2、相机21、以及雨量传感器22覆盖的方式设置的车辆用的前方窗玻璃11的一部分的示意图。
在本实施方式中，外罩20－2的侧面(左侧侧面)向凹入方向弯曲。或者，也可以以规定的角度向凹入方向进行弯折。
因而，在本实施方式的玻璃天线100－2中，线条元件4B和线条元件5B没有构成直线状，连接部f以进入到内侧的方式弯折而形成。即使如此形成的情况下，也能发挥与上述相同的效果。
此外，形成于窗玻璃11的周边区域的遮蔽膜14的向面内方向突出的突出部15的侧边的形状和遮蔽点部17－2的沿着侧边的形状均不限于梯形形状，这两者也可以以侧边凹入的方式进行弯曲。
第4实施方式
本发明的玻璃天线也可以与外罩和突出部的形状相对应地变形。图16是以利用外罩20－3将本发明的第4实施方式的玻璃天线100－3、相机21、以及雨量传感器22覆盖的方式设置的车辆用的前方窗玻璃11的一部分的示意图。
在本实施方式中，与图13的结构相比，突出部15的垂直方向上的长度(高度)较短，突出部15的侧边和与该侧边相邻的遮蔽点部17－3的斜率均平缓(接近水平方向)。与第1实施方式～第3实施方式相比，设于这样的突出部15的外罩20－3的垂直方向上的长度(高度)较短。
在如此构成外罩20－3的情况下，第2天线元件2C只要向远离金属制的车辆壳体30的上缘部30a的方向延伸即可，也可以不沿垂直方向延伸，第2天线元件2C只要向大致下方延伸即可，也可以向倾斜方向延伸。
另外，线条元件3C的延伸方向也不限于水平方向，若为与第2天线元件2C的延伸方向不同的方向，则也可以是线条元件3C沿任一方向延伸。
即使在如此形成的情况下，也能发挥与上述相同的效果。
第5实施方式
本发明的玻璃天线也可以与外罩和突出部的形状相对应地变形。图17是以利用外罩20－4将本发明的第5实施方式的玻璃天线100－4、相机21、以及雨量传感器22覆盖的方式设置的车辆用的前方窗玻璃11的一部分的示意图。
在本实施方式中，与图13的结构相比，突出部15的垂直方向上的长度(高度)较长，突出部15的侧边和与该侧边相邻的遮蔽点部17－4的斜率均较陡(接近垂直方向)。与第1实施方式～第3实施方式相比，设于这样的突出部15的外罩20－4的垂直方向上的长度(高度)较长。
在该情况下，一对电极6D、7D并不限于沿左右方向排列设置，也可以以沿上下方向排列设置的方式配置。在该情况下，第1天线元件1D自供电用电极6D起以与接地侧电极7D的一边接近且平行的方式沿水平方向延伸。在该结构中，第2天线元件2D只要向远离车辆壳体30的上缘部30a的方向延伸即可，也可以不沿垂直方向延伸，第2天线元件2D只要向大致下方方向延伸即可，也可以向倾斜方向延伸。
另外，第3天线元件3D的延伸方向也不限于水平方向，若为与第2天线元件2D的延伸方向不同的方向，则也可以是第3天线元件3D沿任一方向延伸。此时，由第4天线元件4D、第5天线元件5D构成的直线的下端h最接近第2天线元件2D，该直线与第2天线元件2D不平行，以越向上方去越远离第2天线元件2D的方式延伸。另外，第4天线元件4D与第5天线元件5D之间的形状并不限于直线，如图14所示的第2实施方式所示那样，连接部f也可以以向外侧弯曲的方式形成。即使在如此形成的情况下，也能发挥与上述相同的效果。
此外，在所述实施方式中，设想在右方向盘的车辆中将天线设置在副驾驶座侧的例子而示出了将天线设置在左侧的结构，但在左方向盘的车辆中，既可以将相对于所述玻璃天线呈左右对称的天线设置在成为副驾驶座侧的右侧，也可以将相对于所述玻璃天线呈左右对称的天线设置在驾驶席侧。
以上，利用多个实施方式例说明了玻璃天线和窗玻璃，本发明并不限定于所述实施方式例。与其他的实施方式例的一部分或全部的组合、置换等各种变形和改良能够包括在本发明的范围内。
实施例
针对将所述形态的玻璃天线安装于实际的车辆用窗玻璃(前挡风玻璃)而制作成的车辆用玻璃天线，说明其天线增益的实测结果。
图18是表示实验条件的概略图，其是说明在测量中使用的车辆40和发送用天线Tx的状态的图。将形成有玻璃天线的车辆用窗玻璃组装于转台上的车辆的窗框，对天线增益进行了实测。此时，窗玻璃成为相对于水平面倾斜大约27°的状态。
以使组装了形成有玻璃天线的车辆用窗玻璃后的车辆40的在左右前后方向上的车轴中央与转台中心一致的方式使车辆40在水平方向θr上旋转360°。
每隔2°的旋转角度，在通信波的频率范围，每隔10MHz测量一次天线增益的数据。并且，在将与地面平行的面设为仰角＝0°、将天顶方向设为仰角＝90°的情况下，还使发送用天线Tx在仰角θe为0°～30°的范围内每隔2°进行动作而对仰角方向进行了测量。对于天线增益，预先利用标准增益天线对测量系统进行校正，并利用绝对增益进行标记。
在图19中示出在通信中使用的频带(Frequency)下图3和图4所示的玻璃天线100的回波损耗。
在图20中示出在利用玻璃天线100来接收来自发送天线Tx的垂直极化波时的增益(整周和仰角平均增益测量结果)，在图21中示出在利用玻璃天线100来接收来自发送天线Tx的水平极化波时的增益。详细而言，使发送天线Tx在仰角θe＝0°～30°的范围内以2°为单位进行旋转，在各仰角θe，使车辆90分别旋转360°(θr＝0～360°(整周)、以2°为单位)来进行测量，示出测量数据的平均增益特性。
在本发明中，将单位设为mm，在图19～图21的测量中使用的、图4(图5)所示的实施方式的玻璃天线100的形状中的尺寸为：
L1：4.0
L2：82.0
L3：16.8
L4：28.1
L5：49.8
L6：30.0
L7：20.0
L8：30.0
L9：40.0
D12：11.0
D67：2.0
此外，天线元件的线宽为1mm，切口部7N的大小分别为4mm×4mm，θ(L3与L5所成的角度)为69°。
作为配置玻璃天线100的位置，供电用电极6和接地侧电极7这两者的上端与车辆壳体30的上缘部30a之间的的距离为27mm。
在本实施例中，作为电阻8的一例，使用了电阻值＝+10kΩ、误差±10％的电阻器(电阻模块元件)。另外，作为连接器9，使用了能够直接连接于玻璃面的日本航空电子工业株式会社制造的同轴线缆用玻璃连接器(on glass connector)CE2。但是，电阻8的电阻值能够根据系统规格进行适当变更，另外，连接器为具有相同功能的玻璃连接器即可，也并不受限定。
在通信所使用的频带中，回波损耗通常为－7dB以下，优选为－10dB以下。由图19的图表可知，在本发明的玻璃天线100中，在作为通信所使用的频带的所述Band1、Band2、Band3中，均为－7dB以下的良好的回波损耗。
表1是与图20有关的表，示出在通信波、例如在作为LTE(Long Term Evolution)使用的频带中的3个频带0.698GHz～0.894GHz(Band1)、1.71GHz～1.995GHz(Band2)、2.496GHz～2.69GHz(Band3)中玻璃天线100所接收的垂直极化波的平均增益(AverageGain)和3个频带的增益的平均值(算数平均值)(3Band Average)。表2是与图21有关的表，示出对于所述3个频带的通信波由玻璃天线100所接收的水平极化波的平均增益和3个频带的平均值。
表1
Figure BDA0000995801390000201
表2
Figure BDA0000995801390000202
由图20、图21、表1、以及表2可知，在本发明的玻璃天线100中，所述Band1、Band2、Band3的全频带的平均增益、即3个频带的平均值为－9dBi以上，能够获得接收垂直极化波和水平极化波的良好的平均增益。
此外，通常，通信波的抗噪声性较强，通信波所使用的频率高于广播波所使用的频率，即使将成为噪声源的相机21、雨量传感器22、乃至电视、收音机等的广播波天线接近地配置，通信也不会受到太大影响。

Claims (11)

1.一种车辆用窗玻璃，其具有用于发送和接收通信波的玻璃天线，其中，
所述玻璃天线包括：
一对电极，该一对电极包括接地侧电极和供电用电极；
第1天线元件，其与所述供电用电极直接连接；
第2天线元件，其与所述供电用电极直接连接且向大致下方延伸，该第2天线元件比所述第1天线元件长；
第3天线元件，其与所述供电用电极相连接，该第3天线元件比所述第2天线元件短且向与所述第2天线元件的延伸方向不同的方向延伸；
第4天线元件，其一端与所述第3天线元件的端部相连接，另一端向上方延伸；以及
第5天线元件，其一端与所述第3天线元件的端部和所述第4天线元件的一端相连接，另一端向下方延伸。
2.根据权利要求1所述的车辆用窗玻璃，其中，
该车辆用窗玻璃包括遮蔽膜，该遮蔽膜形成于该车辆用窗玻璃的周缘区域并具有自该周缘区域中的沿着所述车辆用窗玻璃的上边的区域向面内方向突出的突出部，
所述玻璃天线的所述一对电极的至少一部分设置在所述遮蔽膜上。
3.根据权利要求2所述的车辆用窗玻璃，其中，
所述遮蔽膜的所述突出部的上边较长且下边较短，所述突出部的侧边为直线形状或曲线形状，
所述第3天线元件朝向所述遮蔽膜的所述突出部的一个侧边延伸。
4.根据权利要求2或3所述的车辆用窗玻璃，其中，
所述遮蔽膜的所述突出部是上边较长且下边较短的梯形形状，
所述第4天线元件和所述第5天线元件之间构成直线状，该直线与所述遮蔽膜的所述梯形形状的所述突出部的一个侧边平行。
5.根据权利要求2或3所述的车辆用窗玻璃，其中，
所述第4天线元件和所述第5天线元件之间构成直线状，该直线的下端最接近所述第2天线元件，该直线以越向上方去越远离所述第2天线元件的方式延伸。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的车辆用窗玻璃，其中，
所述一对电极沿水平方向排列设置，所述接地侧电极大于所述供电用电极，
所述第1天线元件与所述接地侧电极的一部分接近地排列设置。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的车辆用窗玻璃，其中，
该车辆用窗玻璃设有用于将所述接地侧电极和所述供电用电极连接起来的电阻。
8.根据权利要求7所述的车辆用窗玻璃，其中，
在所述接地侧电极中不与所述电阻相接触的位置形成有缺口部、或在所述接地侧电极和所述供电用电极这两者中不与所述电阻相接触的位置形成有缺口部。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的车辆用窗玻璃，其中，
该车辆用窗玻璃设有外罩，该外罩覆盖所述玻璃天线的所述一对电极的至少一部分和将该一对电极连接起来的电阻。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的车辆用窗玻璃，其中，
所述玻璃天线以分开规定距离的方式设有多个。
11.一种玻璃天线，其中，
所述玻璃天线包括：
一对电极，该一对电极包括接地侧电极和供电用电极；
第1天线元件，其与所述供电用电极直接连接；
第2天线元件，其与所述供电用电极直接连接且向大致下方延伸，该第2天线元件比所述第1天线元件长；
第3天线元件，其与所述供电用电极相连接，该第3天线元件比所述第2天线元件短且向与所述第2天线元件的延伸方向不同的方向延伸；
第4天线元件，其一端与所述第3天线元件的端部相连接，另一端向上方延伸；以及
第5天线元件，其一端与所述第3天线元件的端部和所述第4天线元件的一端相连接，另一端向下方延伸。
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