JP2002518919A - 多重バンド車両アンテナ - Google Patents
多重バンド車両アンテナInfo
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- H01Q5/40—Imbricated or interleaved structures; Combined or electromagnetically coupled arrangements, e.g. comprising two or more non-connected fed radiating elements
Abstract
Description
必要性は、現在、TV受信、ナビゲーションシステム用の衛星GPS受信、移動
電話アンテナの必要性、および道路料金収集、衛星電話、DAB等の将来の必要
性における急速な成長に伴い、簡単なFMおよびAMラジオ受信の要求を越えつ
つある。この増大する数のシステムに結合されることは、移動体が特にFMおよ
びTV周波数で、ダイバーシチ動作のために多数のアンテナを必要とする場合に
、マルチパスおよびフェージングを克服するための「動的」受信に対する要求で
ある。また、車両がアンテナの改良された保安性と信頼性を提供すると共に芸術
的に満足されるようにアンテナを自動車の車体内に一体化するための自動車スタ
イリストからの要求が存在する。
満足することを目的としたスクリーンアンテナを提供する。
ドと一体化されたワイヤ素子を用いること、或いは、複数のFMアンテナを提供
するようにヒータグリッドを改変することが提案されている。
に配置された更なる導電性構造によって区画されたスロットと、前記スロットが
第1のモードおよび同時に少なくとも1つのより高次のモードにおいて励起され
るように配置された複数のアンテナフィードとを具備し、前記アンテナがフィー
ドの数を超える放射パターンのダイバーシチを示すように、前記フィードが組み
合わされている路上走行自動車アンテナを提供する。
造との間、或いは、窓枠(例えば、前面または背面スクリーン)と窓ガラス内若
しくは上の導電性領域またはパターン、或いは、導電性領域を持った何らかの他
の本体部分とそれを取り囲む構造との間に形成されて良い。
リーンの周囲を取り巻くスロットを形成するヒータグリッド(または対応する電
気的に導電性する透明フィルム)に利用することである。このスロットは、多数
の一致するスロットアンテナ、従って、ダイバーシチ動作を形成するために、モ
ード理論を用いて励起される。
、他のバンドでアンテナを提供することを含む、ダイバーシチを提供すべき多数
の方法で励起されることができることを証明するためにモード理論を用いる。こ
の応用としては、透明導電性フィルムに限定されず、ヒータグリッドを含む従来
のスクリーンで利用することができる。
請求の範囲は、それらの一方または両方に拡張されるように解釈されるべきであ
る。本発明は、また、窓またはパネルの車両への装着時に、車両の周囲構造と一
緒に、いずれかの先行する請求項にクレームされたアンテナを形成するように、
誘電基板上の導電性領域またはパターンを具備する車両窓ガラスまたは本体部分
を提供する。
トリクローズ(consistory clause)としてここに繰り返されると思われる。こ
れらの特徴のいずれも、現在の請求項の従属関係がそのような組み合わせを示し
ているかどうかにかかわらず、単独でまたは組み合わせて、本発明に組み入れる
ことができる。
示された、それ自体同一であるか否かのような、どのような新規な特徴または特
徴の組み合わせによっても構成される。
組の直交モードによって構成することができる。図1のような、長細いスロット
のために実際に、関数は、スロット長の整数の逆数である周期性のサイン型であ
る。例えば、図1(a)および1(b)には、最初の2つの基本TEモード、T
E10およびTE20が図示されている。長細いスロットのために、これらのモ
ードの一方を他方に優先的に励起することが可能である。重要なことは動作周波
数である。TE10モードは、スロット長が1/2波長の時に共鳴し、一方、T
E20は、スロット長が1波長に対して共鳴する。しかしながら、スロットが1
波長の長さの時に、実際の個々のモード振幅は励起に依存する。例えば、図1(
c)において、スロットが1波長の長さであり我々がTE20モードが共鳴する
ことを期待するであろうが、実際の場の分布は、スロットが、TE20モードが
最小を持つところである中間で励起されるので、TE10モードに相当する、従
って、このモードへの結合はゼロに近い。図1(d)のように、一端からスロッ
トの長さの4分の1位置へフィードを移動することは、非対称開口部の場の分布
で、TE10およびTE20モードの両方を励起する。より高次のモードが、共
鳴より下(即ち、カットオフより下)にあるので、取るに足らないような効果し
かないことに注目すべきである。このことをもっと充分に図示するために、長細
いスロットのフィード位置を持った放射パターンにおいて測定された変化が図2
に示されている。このように、単一のフィードを、2つのモードを発生するのに
採用することができる。
ンテナを設計するために用いることが可能である。
ン上に形成することができる。ガラススクリーンは、導電性縁を形成する車両本
体における金属性の開口部または枠内に固定される。通常、スクリーンは、これ
らが固定されるように、前面または背面窓である。長細い電気スロットが、その
時、枠と、その縁まで延びていないスクリーン上の導電性領域との間に形成され
る。これは、スクリーンに一体化された電気的な透明コーティングであっても構
わないし、或いは、グリッドパターンであって、スクリーンヒータ用に使用され
るようなものが、使用可能である。グリッド化領域の場合には、追加の直交ワイ
ヤ(即ち、水平背面スクリーンヒータグリッドの場合には、垂直ワイヤ)を、配
置することが必要であって、近似の改良、即ち、スロットモードをロードするグ
リッドに交差する結合を減少させる。これは、スクリーンヒータのパターンに依
存し、幾つかの例において追加のワイヤを必要としない可能性が有る。
、FM周波数(100MHz)でTE10およびTE20(即ち、ループ長が2
つの波長)を支持するようなものである。ヒータグリッドを用いる時には、スロ
ットをまたがるDC供給配線を収容する必要が有る。もしこれらが、図3に示さ
れるように、側方の中央に対称的に置かれるならば、TE10およびTE20モ
ードは、ヒータワイヤが「ゼロ点」で交差する、即ち、それらがモードを意味あ
りげにはロードしないので、なお励起することができる。実際に、図1の長細い
スロットが効果的にU字形に曲げられるように、これらの点でスロットをショー
トさせるとみなすことができる。しかしながら、開口部の場がワイヤを交差して
結合することができ、考慮する必要が有るかも知れないスクリーンの下半分にお
いて場を励起することができることは銘記すべきである。もちろん、もし交差す
るワイヤが必要でない(または、加熱回路内におけるRFチョークの使用によっ
て高インピーダンスにされることができる)場合には、TE10およびTE20
モードのゼロ点は、フィード条件に依存して様々な位置に置くことができる。こ
のことは、直交TE10(「TE01」)モードが励起されるかもしれない、即
ち、λ/4離れた間隔の2つのTE10を意味する。このモード縮退は、更なる
ダイバーシチが可能であるかも知れないことを示すが、しかし、以下の説明にお
いては、図3のようなヒータワイヤ接続を必要とする加熱された背面窓の通常の
場合に限定する。
0がその角で最大を持つことが分かる。故に、電圧プローブでこれらの位置の1
つにスロットをフィードすることは、1つのモードを他に優先して励起する。こ
れら2つの位置の中間にフィードを置くことは両方のモードを励起し、放射パタ
ーンは、パターンダイバーシチを与えるモードのどの組み合わせが励起されるか
に依存して異なることになる。より高い周波数では、スロットは効果的により長
く、従って、1つのモードより多くのモードを励起することができる。これは、
励起におけるより大きな変動に導き、これ故に、パターンダイバーシチ、即ち、
UHFでの、スロットを、異なるパターンを発生させるλ/4離れた様々な点で
励起することができる。
ドのタイプに依存する。数タイプのフィードが可能である。図4には、3つのフ
ィードが図示されている。 1. 電圧プローブ。ここでは、不平衡フィードケーブル(unbalanced feed
cable)が、スロットの外側に接続されたケーブル接地(車両接地)に、スロッ
トに直交して接続され、一方、内側は、接地接続に径方向で対向するスロットの
内側に接続されている。ここでは、フィード電圧は、この点での開口部の場の電
圧に等しい。ヒータグリッドについて、フィードは、直列コンデンサを用いてD
C絶縁される必要が有ることに注目すべきである。また、内側領域への接続は、
絶縁を提供する容量性パッドを介して良い。 2. 電流プローブ。ここでは、フィードケーブルの内側導体が開口部内に巻
かれ、車両接地の後方に接続されている。これにより、開口部の場への磁気的結
合が形成される。 3. 共面ラインプローブ(coplanar line probe)。ここでは、内側導体は
、容量性電圧フィードを効果的に与える共面転送ラインを形成するスロットの中
心に沿って延びている。しかしながら、それは分配されたフィードなので、より
高次のモードに対するより高い周波数での応答は、単純な電圧プローブのそれか
ら異なっていても良く、実際、ダイバーシチでは、スロットに沿った反対方向に
おけるフィードによって単純に達成するかも知れない(即ち、3aおよび3b)
。
置に依存する。フィードは、スロットモード内へインピーダンス変換を示し、各
スロットモードがフィード位置の関数であるそれ自身のインピーダンスと、周波
数とおよびモードを有する。例えば、TE10が最大を持つ中心では、そのモー
ドインピーダンスは、フィードのインピーダンス(50Ω)に近く、一方、TE
20の最小は、このモードが低インピーダンスを持つことを示す。この点で電圧
プローブを用いることは、TE10モードと効率的に結合するであろうが、TE
20についてはそうでない。電流プローブを用いると、逆のことが起こり得る。
一般的な条件は、図5の回路図によって略述される。ここでは、フィード位置で
、各モードが、異なるインピーダンス、Zn、を持つ。無限のモードが存在する
が、実際には、より低い主要なモードのみが励起される。ここでは、より低いモ
ードが、重要な実数部(放射損失を示す)を持つが、その一方、より高次のモー
ドは、際立って無効である(predominately reactive)。フィードは、各モード
に結合される量に応じて異なる巻数、Nn、を有するトランスの動作で表される
異なる量によって各モードに結合される。最後に、システムのソースインピーダ
ンスZoが、整合回路を通じて接続されて示されている。どのフィード位置でも
、どのモードも励起されることができるが、しかしながら、整合回路は、1つの
モードに整合するのに最適化することができるのみである。しかしながら、もし
モードが同様のインピーダンスを提供するならば、1つより多くが励起されるこ
とができる。それ故に、位置、整合およびフィードタイプは全てモード分布、故
に、放射パターンを決定する一部として作用する。
れたスロットアンテナから数個の異なるダイバーシチ信号を抽出するのに用いる
ことができるかを示している。一方のフィードは、TE10モードを励起するス
ロットの中心に在り、他方は、それに沿った途中に在って、原理的にTE20モ
ードを励起するために位置決めされている。モードが直交的であるので、2つの
フィードは弱く結合され、即ち、両方を同時に使用することができる。この例で
は、それらは、より大きなダイバーシチを提供するために、共に独立的におよび
電気的に共に組み合わされて使用される。アンテナからの出力は、共に加算され
、または、差分される。最も簡単な場合には、これは、(Ant1)、(Ant
2)、(Ant1+Ant2)および(Ant1−Ant2)を提供し、差は、
λ/4線を用いて1つの線に180°位相シフトを挿入することによって、また
は、適当なL−C網によって、次いで、加算することに得られる。
る。ここでは、同じフィードが、FMアンテナと同様にTVアンテナを提供する
のに使用されている。より高い周波数については、高次モードが励起されること
ができるので、より複雑になる。しかしながら、もしフィードが1波長より大き
く離れた間隔であるならば、それらは変わらす独立的であり、即ち、1つのアン
テナのもう1つへの最小ロードが存在する。
うな点でスロットを交差することが可能であることがわかる。これからの更なる
発展は、1つのモードを顕著にロードする最大の場のワイヤ交差点に切り替える
ことである。もしフィードが固定に保たれるならば、開口部の分布は、顕著に変
更することができ、これ故に、放射パターンが変更できる。例えば、図3におけ
る1つの角を横切ってショートすることは、TE10およびTE20モードを異
なる程度までロードし、パターンダイバーシチになる。
。ここでは、印刷されたヒータグリッドを持った背面スクリーンが、4つのFM
ダイバーシチアンテナ、1つのAMアンテナ、1つのバンドITVアンテナ(5
0MHz)、遠隔アクセス(315MHz/433MHz)用のオプションを持
った4つのバンドIII/IV/VTVアンテナ(170〜220MHz、47
0〜860MHz)および天気バンド(162MHz)を効率的に提供するため
に変更されている。
グリッドおよびその接続は、窓枠と、長さが50MHzで約λ/2であるU字形
スロットを形成するグリッドとの間に接続されたコンデンサによってRF接地さ
れている。故に、100MHzで、励起されることができる2つのモードが存在
する。
2つの弱く結合されたフィードAおよびBを提供する。図6によって示された切
り換えおよび組み合わせ技法が、パターンダイバーシチを発生させるのに用いら
れる。この例では、等しい振幅しかし異なる位相シフトが、0°、180°、+
90°および90°の値でもって、A、B、(A+B)、(A−B)、(A+j
B)および(A−jB)を提供する組み合わせに用いられる。位相シフトは、付
加的な転送線長における切り換えまたはL−C全域通過フィルタの使用のような
種々の方法によって実現することができる。
射パターンが2つのフィードから得られる。ゼロ点は移動または創造することさ
えでき、ダイバーシチ動作に利点をもたらし、ダイバーシチ用の設計を簡単にす
る。
するために、フィード3および4と共に他の周波数で再使用される。フィード3
は転送線型フィードであり、フィード4は、フィード1に対し相補的であるが、
しかし、少なくともこの例では、より高い周波数でのみ利用される。これらのフ
ィードは、何らかの整合が幾つかのポートで必要になるかも知れないが、より高
い周波数で付加的な空間ダイバーシチを提供する。単純なL−Cフィルタリング
は、4つのTV、天気バンドおよび遠隔アクセスアンテナを提供するために信号
を分離する。これらの分配器回路は、アンテナフィードに取り付けられるので、
スクリーンの頂部に沿った接地平面を用意する必要が有る。これらは、自動車本
体の内側に取り付けられるであろうが、しかし、コストが増大する。接地領域は
、増幅器、ダイバーシチ制御電子機器等の取り付け用に利用され、スクリーンか
ら取れるケーブルの数を最小にする。50MHzでは、1つのモードしか存在せ
ず、故に、1つのアンテナがフィード2を介して提供されることができるが、ダ
イバーシチの可能性は無い。最終的に、スロットは、それが、2MHz以下の周
波数では短かすぎるので、AM用には用いることができない。AMアンテナは、
フィード3のワイヤパターンを補償するためにスロットの第2の頂部半分内の線
の第2の対によって提供される。結果は単純なワイヤパターンであり、それは、
製造容易のためにスクリーン上に印刷されることができ、視覚的に満足で、なお
、近代車両デザイナのアンテナ要求のほとんど全てを提供する。この実施形態は
、また、グリッド自体がアンテナとして用いられている公知のシステムに対する
付随的な利点を証明する。このようなシステムでは、高価なコイルが、グリッド
の自動車本体からのRF絶縁を提供し、一方で、ヒータ電流の供給を可能とする
のに必要である。ここでは、グリッドがRF絶縁されるよりむしろRF接地され
るので、高価でないコンデンサのみが必要である。
技術は、非常に高いRFピーク電力(アンテナで8W)の送信を必要とする。そ
れに付随して、乗客室内部のRF放射のレベルについての関心が存在する。移動
電話アンテナのための通常の配置は、背面スクリーンの方を向いて屋根の上に中
心的に配置されているか、または、ガラスを通した容量性結合を用いて、実際に
背面スクリーン上に配置された単極ロッドアンテナである。この例では、グリッ
ドは、通常、局部的接地を増大するために移動電話アンテナの基部に近く置かれ
、自動車内への放射を減少させる。これは、ダイバーシチスロットアンテナ用の
スクリーンの縁近くに開口部を設ける必要性と競合する。しかしながら、内包さ
れる周波数は、離れた強さのオーダーであり、それ故、妥協が、図9に図示され
るように達せられることができる。ここでは、スロット幅は、中心導電性領域(
即ち、ヒータグリッド)に繋がる局部的グリッドによって減少させられる。グリ
ッド幅は、移動電話周波数(典型的に900MHzまたは1800MHz)であ
って、約λ/2である。頂部でのスロット幅は、グリッドがスロットに足りない
ことがなく、しかし、小さな容量性ローディングを導入するのに充分である。実
際、10〜20mmのギャップが、FM周波数でほとんど影響を持たないように
見える。FMフィードは、図9に示されているように、グリッドに繋がることに
よって作ることができる。ここでは、2つのフィードが電話アンテナ基部のいず
れの側にある。各々が同様のアンテナパターンを与えるが、1つをFM用に使用
することができ、1つがTV用であることに利点が存在し、バンドを分割する際
に回路の機能を容易にする。
す図。
置された更なる導電性構造によって区画されたスロットを具備し、アンテナがス
ロットに電気的に結合された複数のアンテナフィードを有する路上走行自動車ア
ンテナであって、スロットの第1の励起モードおよびスロットの少なくとも1つ
のより高次の励起モードが各々非ゼロ値を持つ位置でスロットに結合されている
前記アンテナフィード、および使用時に、前記アンテナがフィードの数を越えた
数の選択可能な放射パターンを示すように、前記フィードまたは前記フィードの
組み合わせを負荷に制御可能に接続するための制御回路手段によって特徴付けら
れた路上走行自動車アンテナを提供する。
請求の範囲は、それらの一方または両方に拡張されるように解釈されるべきであ
る。
示された、それ自体同一であるか否かのような、どのような新規な特徴または特
徴の組み合わせによっても構成される。 欧州特許出願0 760 537 A2(フラシュグラス・オートモーティヴ
・ゲーエムベーハー(Flachglas Automotive GmbH)
)は、電気的導電性コーティング、および窓の少なくとも1つの縁とコーティン
グとの間に形成されたアンテナスロットを有する車両用窓を開示している。2個
以上の結合装置が、アンテナから外側にラジオ周波数波を結合するためのスロッ
ト領域に沿って離れた間隔で置かれて良い。 アンテナ設計のハンドブック;第2巻;編者:エー・ダブリュ・ルッジ、ケー
・ミルネ、エー・ディー・オルバーおよびピー・ナイト;228〜237ページ
(The Handbook of Antenna Design; Vol
ume 2; Editors: A. W. Rudge, K. Miln
e, A. D. Olver & P. Knight; pages 22
8 to 237)は、フェーズドアレイアンテナの放射パターンの理論的解析
を開示している。
Claims (23)
- 【請求項1】 車両本体の電気的に導電性する構造内の開口部および前記開
口部内に配置された更なる導電性構造によって区画されたスロットと、前記スロ
ットが第1のモードおよび同時に少なくとも1つのより高次のモードにおいて励
起されるように配置された複数のアンテナフィードとを具備し、前記アンテナが
フィードの数を超える放射パターンのダイバーシチを示すように、前記フィード
が組み合わされている道路車両アンテナ。 - 【請求項2】 スロットが第1モードの波長より長い、請求項1に記載のア
ンテナ。 - 【請求項3】 スロットがU字形である、請求項1に記載のアンテナ。
- 【請求項4】 前記フィードが、スロットの縁の対向する部分に電気的に接
続されることによってアンテナに結合されている、請求項1から3のいずれか1
項に記載のアンテナ。 - 【請求項5】 前記フィードが、反応的(容量的および/または誘導的)に
アンテナに結合されている、請求項1から4のいずれか1項に記載のアンテナ。 - 【請求項6】 前記フィードが、スロットのTE10励起モードをシミュレ
ートするためにアンテナに結合されている、請求項1から5のいずれか1項に記
載のアンテナ。 - 【請求項7】 前記フィードが、スロットのTE20励起モードをシミュレ
ートするためにアンテナに結合されている、請求項1から6のいずれか1項に記
載のアンテナ。 - 【請求項8】 前記フィードが、スロットのTE10およびTE20励起モ
ードの両方をシミュレートするためにアンテナに結合されている、請求項6およ
び請求項7に記載のアンテナ。 - 【請求項9】 それぞれの励起モードが実質的に互いに独立であるように、
2つの前記フィードがアンテナに結合されている、請求項1から8のいずれか1
項に記載のアンテナ。 - 【請求項10】 少なくとも2つの前記フィードを加算および/または差分
するための手段を含む、請求項1から9のいずれか1項に記載のアンテナ。 - 【請求項11】 前記フィードを位相シフトするための手段を含む、請求項
10に記載のアンテナ。 - 【請求項12】 フィードが、フィードによって刺激された励起モードの長
い方の波長の1波長よりも大きく離れた間隔になっている、請求項1から11の
いずれか1項に記載のアンテナ。 - 【請求項13】 前記励起モードをロードするためのスロットの部分を短絡
させるための手段を含む、請求項1から11のいずれか1項に記載のアンテナ。 - 【請求項14】 短絡させるための手段が、最大の場の強度の領域に配置さ
れた導体である、請求項13に記載のアンテナ。 - 【請求項15】 更なる導電性構造が、誘電基板によって支えられた導電性
領域またはパターンを含む、請求項1から14のいずれか1項に記載のアンテナ
。 - 【請求項16】 基板が窓または本体パネルを形成する、請求項15に記載
のアンテナ。 - 【請求項17】 付加機能用の電気接続が、最小の場の強度領域で導電性領
域またはパターンに対しなされている、請求項15または16に記載のアンテナ
。 - 【請求項18】 1個以上のフィードを送信または受信機器に選択的に接続
するため、および1個以上の前記フィードを開回路するための手段を含む、請求
項1から17のいずれか1項に記載のアンテナ。 - 【請求項19】 基板が、信号分割、フィルタリング、処理または調節回路
が配置された接地平面を含む、請求項16に記載のアンテナ。 - 【請求項20】 FM信号用に構成され、同様に放送AM信号を受信するた
めの分離部分を含む、請求項1から18のいずれか1項に記載のアンテナ。 - 【請求項21】 導電性領域またはパターンの部分が、それに隣接して配置
されるべき送信アンテナの局部的接地を形成する、請求項15から20のいずれ
か1項に記載のアンテナ。 - 【請求項22】 局部的接地部分が、その幅のみの一部を横切ってスロット
内に延びている、21に記載のアンテナ。 - 【請求項23】 車両の窓またはパネルの装着時に、前記窓またはパネルが
車両の周囲構造と共に請求項1から21のいずれか1項のアンテナを形成するよ
うに、誘電基板上に導電性領域またはパターンを含む車両窓ガラスまたは本体部
分。
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