JP2004507192A - 移動体通信用ガラスアンテナシステム - Google Patents

Abstract

本発明は、異なる２つの周波数帯で適切なインピーダンスマッチングが可能な移動体通信用ガラスアンテナシステムを提供する。このアンテナシステムでは、実質的に直線の第１放射アンテナパターンの一端と、実質的に直線の第２放射アンテナパターンの一端とが、第１および第２放射アンテナパターンと実質的に直交する結合パターンによって結合されている。結合パターンの長手方向が地面に対して実質的に平行に配置され、第１放射アンテナパターンの長さが第２放射アンテナパターンの長さとは相違する。このＵ字型アンテナパターンの下方には矩形の接地パターンが配置されている。Ｕ字型アンテナパターンに同軸ケーブルの芯線が接続され、接地パターンに同軸ケーブルの編組線が接続されている。接地パターンの側部にはインピーダンス調整パターンが設けられている。

Description

【０００１】
［発明の技術分野］
本発明は、移動体通信用ガラスアンテナシステムに関し、特に、車両の窓ガラスに配設可能で、２つの異なる周波数帯に対応し得る移動体通信用ガラスアンテナシステムに関する。
【０００２】
［発明の背景］
このようなアンテナの一例として、本出願人は、特開平６−２９１５３０号にて、周波数切換型ガラスアンテナを提案した。このガラスアンテナは、長さの異なるＶ字型の放射アンテナパターンと、その下方に配置した接地パターンとを含む。Ｖ字型の放射アンテナパターンをＵ字型としたガラスアンテナも開示されている。このガラスアンテナは、具体的には、８００ＭＨｚ帯と１．５ＧＨｚ帯の自動車電話の送受信用である。このガラスアンテナでは、接地パターンの中央を縦断するように配置された同軸ケーブルの芯線が、Ｖ字型（またはＵ字型）の放射アンテナパターンの下端に接続されている。
【０００３】
本出願人は、特開平８−１６２８２７号にて、自動車電話用ガラスアンテナシステムを開示した。この自動車電話用ガラスアンテナシステムの特徴の一つは、防曇ヒータ導線に沿って平行なインピーダンス調整部が設けられていることにある。接地パターンは複雑な形状となっている。
【０００４】
本出願人は、特開平７−２９７６１５号にて、自動車用窓ガラスアンテナシステムを開示した。この公報の図１５および図２０では、２つの周波数帯域に対応可能なガラスアンテナが開示されている。
【０００５】
本出願人は、特開平６−２７６００９号、特開平６−２９１５３１号、特開平６−３０３０２５号、特開平７−２９７６１５号、特開平８−１３９５１３号、特開平８−２１３８２０号、特開平９−３２１５１８号にて、８００ＭＨｚ帯と１．５ＧＨｚ帯との間を切り換え可能なガラスアンテナを開示している。
【０００６】
特開平６−２９１５３０号に開示されたガラスアンテナを用いて異なる周波数帯の送受信を良好に行うには、さらなる改良が必要であった。すなわち、異なる周波数帯について適切にインピーダンスマッチングをとる必要があった。他方、特開平８−１６２８２７号に開示されたガラスアンテナシステムでは、複雑な導体パターンが必要とされ、防曇ヒータ導線に沿って、平行なインピーダンス調整部が設けられているため、外観についての問題もあった。特開平７−２９７６１５号に開示された自動車窓用ガラスアンテナは、２つの周波数帯域に対応可能ではあるが、２本の同軸ケーブルを必要とする。
【０００７】
［発明の開示］
そこで、本発明は、特開平６−２９１５３０号に開示されたガラスアンテナの特徴を維持しつつ、２つの周波数帯域についてインピーダンスマッチングを達成できる移動体通信用ガラスアンテナシステムを提供することを目的とする。
【０００８】
この目的を達成するために、本発明による移動体通信用アンテナシステムは、実質的に直線の第１放射アンテナパターンの一端と、実質的に直線の第２放射アンテナパターンの一端とが、第１および第２放射アンテナパターンと実質的に直交する結合パターンによって結合された全体としてＵ字型アンテナパターンを含む。このアンテナシステムでは、結合パターンの長手方向が地面に対して実質的に平行に配置され、第１放射アンテナパターンの長さが第２放射アンテナパターンの長さと相違する。
【０００９】
また、Ｕ字型アンテナパターンの下方に矩形の接地パターンが配置されている。Ｕ字型アンテナパターンには同軸ケーブルの芯線が接続され、接地パターンには同軸ケーブルの編組線が接続されている。接地パターンの側部にはインピーダンス調整パターンが設けられている。
【００１０】
本発明の移動体通信用アンテナシステムは、長さが異なる２つの放射アンテナパターンの端部が結合しているＵ字型アンテナパターンを用いているため、２つの異なる周波数が共振しうる。このため、短絡部材や周波数を切り換えるためのスイッチを設ける必要はない。さらに、接地パターンにインピーダンス調整パターンが設けられている。その結果、本発明のガラスアンテナシステムは、異なる周波数帯で優れた受発信特性を示す。
【００１１】
［発明の詳細な説明］
本発明の移動体通信用アンテナシステムでは、インピーダンス調整パターンが実質的にＬ字型であることが好ましい。Ｌ字型とすると、比較的小さい面積で２つの周波数の移動体通信用アンテナシステムを構成できる。
【００１２】
本発明の移動体通信用アンテナシステムでは、第１放射アンテナパターンの長さが、λ_１を第１波長として、ほぼλ_１／４〜λ_１／６であり、第２放射アンテナパターンの長さが、λ_２を第２波長として、ほぼλ_２／４〜λ_２／６であることが好ましい。
【００１３】
本発明の移動体通信用アンテナシステムでは、接地パターンの水平長さおよび垂直長さが、ともに、ほぼλ_２／４〜λ_２／６であることが好ましい。インピーダンス調整パターンの長さも、ほぼλ_１／４〜λ_１／６であることが好ましい。インピーダンス調整パターンは、接地パターンの側部の下部に設けられていることが好ましい。
【００１４】
本発明の移動体通信用アンテナシステムでは、接地パターンの外周部に沿って配置された同軸ケーブルの芯線を結合パターンに接続することにより、Ｕ字型パターンへと給電されていることが好ましい。
【００１５】
本発明の移動体通信用アンテナシステムでは、同軸ケーブルが、接地パターンと重ならないことが好ましい。このように同軸ケーブルを配置すると、さらに適切にインピーダンスを調整できる。
【００１６】
本発明の移動体通信用アンテナシステムでは、放射アンテナパターンの幅が、ほぼ１〜５ｍｍであることが好ましい。第１放射アンテナパターンと第２放射アンテナパターンとの間隔は、ほぼ２〜１０ｍｍであることが好ましい。
【００１７】
上記に述べたような条件で放射アンテナパターンと接地アンテナパターンの大きさを設定すると、モノポールアンテナにより得られる周波数特性に近い特性を達成できる。
【００１８】
本発明の移動体通信用アンテナシステムでは、Ｕ字型アンテナパターンおよび接地パターンが単一のガラスエポキシ基板上に設けられていることが好ましい。このようなガラスアンテナシステムは、例えば両面テープを用いて、容易に窓ガラスなどに設置できる。この場合、ガラスアンテナシステムは、接地パターンを覆い、同軸ケーブルの一端を収容し、この同軸ケーブルを保持するガイド溝部を有する外装ケースをさらに含むことが好ましい。このような外装ケースを用いると、同軸ケーブルを、容易に、かつ確実に設置できる。
【００１９】
以下、本発明の実施例について、添付図面を参照しながら説明する。以下の説明は、８００ＭＨｚ帯域および１．８ＧＨｚ帯域用アンテナを用いて行うが、本発明はこれらの周波数帯域の組み合わせに限定されるものではない。
【００２０】
１．８ＧＨｚ帯域は、現在、欧州および北米において、移動体通信に用いられている。
【００２１】
（実施例１）
図１に、本発明による移動体通信用ガラスアンテナシステムのアンテナパターンの一例を示す。このアンテナパターンは、車両の窓ガラスに直接形成されていてもよいし、ガラスエポキシ基板上に形成し、その後、窓ガラスに貼り付けれてもよい。
【００２２】
Ｕ字型アンテナパターン１は、実質的に直線状で長さが異なる第１放射アンテナパターン２および第２放射アンテナパターン３、ならびに結合パターン４を含む。結合パターン４は、その長さ方向が地面に対し平行に配置されている。このように構成すると、ガラスアンテナシステムの取り付け角度にもよるが、第１および第２放射アンテナパターン２，３は、少なくともある一方向から見ると、地面に対して垂直方向に配置される。
【００２３】
Ｕ字型アンテナパターン１の下方には矩形の接地パターン５が配置されている。接地パターン５には、側部の一方の底部からは、Ｌ字型のインピーダンス調整パターン６が伸長している。
【００２４】
同軸ケーブル７の芯線７１は、結合パターン４の給電点Ｆに接続され、同軸ケーブル７の編組線７２は、金具７３を介して接地パターンの接地点Ｅに接続されている。ケーブル７の他端は、図示しない自動車電話などのアンテナ端子に接続されている。
【００２５】
こうして、長さの異なる２つの放射アンテナパターン２，３の結合パターン４に給電点Ｆを設けたため、異なる２つの周波数の共振が可能となる。このため、短絡部材や周波数切り換え用のスイッチなどを設置する必要がない。その結果、簡単な構成で２つの周波数帯域に対応可能なガラスアンテナシステムを実現できる。
【００２６】
一方、接地パターン５は、基本的に２つの周波数帯域について共用されている。新たに設けたインピーダンス調整パターン６もＬ字型とした。その結果、実施例１のガラスアンテナシステムは、モノボールアンテナと比べてそれほど幅広ではない。
【００２７】
次に各パターンの設計について説明する。まず、放射アンテナパターンは、次に示す関係により決められる。
【００２８】

【００２９】
ここで、波長λｎ（ｍ）は、共振周波数ｆｎ（Ｈｚ）に対する波長であり、ｃは光速（３・１０^８ｍ／ｓ）であり、ｋはアンテナエレメントを誘電体上に設けた場合の短縮率であり、本形態においては約０．７である。
【００３０】
式１によれば、８００〜１０００ＭＨｚ帯域の周波数に対する波長λ_１は約２００ｍｍとなる。第１放射アンテナパターン２の長さはほぼλ_１／４とよい。その結果、この場合の第１放射アンテナパターン２の長さは約４５ｍｍとなる。
【００３１】
同様に、式１より、１．８〜２ＧＨｚ帯域の周波数に対する波長λ_２は約１００ｍｍとなる。第２放射アンテナパターン３の長さはほぼλ_２／４に設定するとよい。その結果、この場合の第２放射アンテナパターン３の長さは約２８ｍｍになる。
【００３２】
第１放射アンテナパターン２および第２放射アンテナパターン３の幅は４ｍｍとした。放射アンテナパターンの幅はほぼ１〜５ｍｍであればよい。結合パターン４の幅は６ｍｍとした。
【００３３】
第１放射アンテナパターン２および第２放射アンテナパターン３の間隔は、３ｍｍとした。放射アンテナパターンの間隔はほぼ２〜１０ｍｍ、好ましくは３〜７ｍｍ、が適している。
【００３４】
一方、矩形の接地パターン５の垂直方向および水平方向の長さは、ほぼλ_２／４〜λ_２／６に設定することが適切である。すなわち、垂直方向と水平方向の長さは約２５〜５０ｍｍに設定するとよい。実施例１では、垂直方向の長さを３５ｍｍに、水平方向の長さを３０ｍｍに設定した。
【００３５】
Ｌ字型のインピーダンス調整パターン６の全長はほぼλ_１／４〜λ_１／６に設定することが適切である。この実施例１では、４０ｍｍに設定した。
【００３６】
接地パターン５は、基本的に２つの周波数帯域に対して共用であるが、矩形の大きさは波長λ_２に基づいている。調整パターン６の長さは波長λ_１に基づいている。こうして、第１放射アンテナパターン２および第２放射アンテナパターン３双方のインピーダンスを調整している。
【００３７】
インピーダンス調整パターンは、接地パターンの左右どちらに設けてもよい。
【００３８】
（実施例２）
実施例２は、実施例１におけるインピーダンス調整パターン６を直線とした構成例である（図２参照）。それ以外は実施例１と同様である。
【００３９】
（実施例３）
実施例３は、インピーダンス調整パターン６を接地パターン５の頂部に設けた構成例である（図３参照）。
【００４０】
図１に示したアンテナパターンでは、インピーダンス調整パターン６は、接地パターンの側辺底部に設けられていたが、実施例３のアンテナパターンでは、接地パターンの側辺頂部に設けられている。それ以外は実施例１と同様である。
【００４１】
（比較例）
インピーダンス調整パターンを設けない以外は、実施例１と同じアンテナパターンを準備した（図４参照）。
【００４２】
（実施例４）
図５に、同軸ケーブルの取り出しが実施例１とは異なる例を示す。図１のガラスアンテナシステムでは、同軸ケーブルは、接地パターンの外周部に沿って配設されている。さらに、同軸ケーブルの先端部が、Ｕ字型アンテナパターンと接地パターンとの間に、側部から配設されている。その芯線は結合パターンに接続されている。
【００４３】
これに対し、実施例４では、同軸ケーブル７が接地パターン５上を縦断し、同軸ケーブルの芯線が給電点に、編組線が接地点にそれぞれ接続されている。それ以外は実施例１と同様である。
【００４４】
以上説明した実施例１，２，３，４および比較例の各ガラスアンテナの８００ＭＨｚ帯域および１．８ＧＨｚ帯域における利得を測定した。結果を図６および図７に示す。
【００４５】
実施例１と比較例のインピーダンスの測定結果をそれぞれ図８と図９に示す。
【００４６】
（測定結果）
［感度］
図６より明らかなように、インピーダンス調整パターンを設けた実施例１では、比較例と比較して、同一の帯域では優れた感度が達成されている。図７より明らかなように、特に１．９２ＧＨｚよりも高い波長帯域において、比較例では実施例１よりも感度が低くなっている。
【００４７】
［同軸ケーブルの取り回し］
実施例１と実施例４とを比較すると、実施例１のように同軸ケーブルを配設すると実施例４よりも感度が改善することがわかる。これは、同軸ケーブルが接地パターン上を通ると、同軸ケーブルの編み線も接地パターンと同様に作用するため、接地パターンの元のインピーダンスが変化するという理由による。
【００４８】
実施例１の形態は、同軸ケーブルが接地パターンと重ならないように配設されているとも把握できる。
【００４９】
［インピーダンスの測定結果］
以下、実施例１と比較例とのインピーダンスの測定結果を比較する（図８および図９）。このようなガラスアンテナシステムでは、望まれる数値は、１．７以下のＶＳＷＲである。図中では、ＶＳＷＲ＝１．７を破線で示する。実施例１では、ＶＳＷＲは、９００ＭＨｚ帯域および１．８ＧＨｚ帯域のすべてにおいて、１．７を下回っている。図中において、矢印（↓）にて示した具体的数値は、
ポイント１（８２０ＭＨｚ）：１．４５８、
ポイント２（９００ＭＨｚ）：１．３０８、
ポイント３（１．８５ＧＨｚ）：１．６０５、
ポイント４（１．９９ＧＨｚ）：１．２３３、
であった。
【００５０】
比較例では、１．８ＧＨｚ帯域のすべてにおいて１．７を下回っているが、８００ＭＨｚ帯域ではＶＳＷＲが１．７を上回っている。図中において、矢印（↓）にて示した具体的数値は、
ポイント１（８２０ＭＨｚ）：１．９６７、
ポイント２（９００ＭＨｚ）：１．４５１、
ポイント３（１．８５ＧＨｚ）：１．４５４、
ポイント４（１．９９ＧＨｚ）：１．４９８、
であった。
【００５１】
［適用例］
以下、移動体通信用ガラスアンテナシステムを車両に適用した例について説明する。本出願人は、自動車電話用アンテナの意匠出願を提出している（登録意匠番号：９９３２５６号、１００１３２７号）。
【００５２】
図１０にこのガラスアンテナシステムの適用例を示す。このアンテナは自動車電話用である。ガラスアンテナシステム１０は、一枚の絶縁板、例えばガラスエポキシ基板８上に、上述したＵ字型アンテナパターン１、接地パターン５、およびインピーダンス調整パターン６が配置されている。
【００５３】
給電点には同軸ケーブル７の芯線が接続され、接地点には金具を介して同軸ケーブル７の編組線が接続されている。金具は、ガラスエポキシ基板８にネジ止めされている。
【００５４】
同軸ケーブル７を接地パターン５の外周部に沿って配設するためのガイド溝部を有する外装ケース９が設けられている。この外装ケース９は、同軸ケーブル７の接続部（給電点と接地点）を収容し、少なくとも接地パターン５の頂部を覆っている。
【００５５】
ガラスエポキシ基板８の反対面には、両面粘着テープが貼り付けられている。この両面粘着テープにより、ガラスアンテナシステム１０は、車両窓ガラスに貼り付けられる。
【００５６】
この適用例では、図１０に示したように、ガラスエポキシ基板８には、縦横４６×５４ｍｍの範囲内に、結合パターン４、接地パターン５およびインピーダンス調整パターン６が配置されている。さらに、第１放射アンテナパターン２および第２放射アンテナパターン３は、ガラスエポキシ基板８から延伸した各基板上に形成されている。
【００５７】
外観を考慮して、延伸された基板部分は、長いほうの放射パターンと同じ長さを有するとよい。これも外観上の理由から、ガラスエポキシ基板は、放射アンテナパターンおよび接地パターンの有無によらず、黒色塗料により塗布されているとよい。ガラスエポキシ基板８の厚さは０．３ｍｍである。
【００５８】
外装ケース９は、垂直方向の長さが２０ｍｍ、水平方向の長さが５７ｍｍである。外装ケース９の左側部には、ほぼ直角に曲げられた同軸ケーブル７を配設するためのガイド溝部分９１が形成されている。同軸ケーブル７を外に引き出すための開口９２が形成されている（図１１参照）。両面粘着テープは、ガラスエポキシ基板８の裏面に貼り付けられている。図１２に、外装ケース９のＡ−Ａ断面（図１０における）を示す。
【００５９】
このように準備されたガラスアンテナシステムは、例えば、セダン型車両のリアガラスの下方部分に、貼り付けられる。同軸ケーブル７の他端部は、例えば携帯電話車載用アダプターＳを介して携帯電話に接続される（図１３参照）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による移動体通信用ガラスアンテナシステムの一形態（実施例１）の平面図である。
【図２】本発明による移動体通信用ガラスアンテナシステムの別の一形態（実施例２）の平面図である。
【図３】本発明による移動体通信用ガラスアンテナシステムのまた別の一形態（実施例３）の平面図である。
【図４】インピーダンス調整パターンを有しないガラスアンテナシステム（比較例）の平面図である。
【図５】同軸ケーブルの取り出し方法が異なる別の実施形態（実施例４）の平面図である。
【図６】８００ＭＨｚ帯でのガラスアンテナシステムの利得のグラフである。
【図７】１．８ＧＨｚ帯でのガラスアンテナシステムの利得のグラフである。
【図８】実施例１のガラスアンテナシステムのインピーダンス測定結果を示すグラフである。
【図９】比較例１のガラスアンテナシステムのインピーダンス測定結果を示すグラフである。
【図１０】本発明によるガラスアンテナシステムの適用例を示す説明する図である。
【図１１】ガラスアンテナシステムの外装ケースを示す図である。
【図１２】ガラスアンテナシステムの外装ケースの断面構造を示す図である
。
【図１３】本発明のガラスアンテナシステムを車体に取り付けた例の部分切り取り透視斜視図である。

Claims (12)

1. 実質的に直線の第１放射アンテナパターンの一端と、実質的に直線の第２放射アンテナパターンの一端とが、前記第１および第２放射アンテナパターンと実質的に直交する結合パターンによって結合されたＵ字型アンテナパターンを含み、
   前記結合パターンの長手方向が地面に対して実質的に平行に配置され、
   前記第１放射アンテナパターンの長さが前記第２放射アンテナパターンの長さと相違し、
   前記Ｕ字型アンテナパターンの下方に矩形の接地パターンが配置され、
   前記Ｕ字型アンテナパターンに同軸ケーブルの芯線が接続され、前記接地パターンに前記同軸ケーブルの編組線が接続され、
   前記接地パターンの側部にインピーダンス調整パターンが設けられている移動体通信用ガラスアンテナシステム。
2. 前記インピーダンス調整パターンが、実質的にＬ字型である請求項１に記載の移動体通信用ガラスアンテナシステム。
3. 前記第１放射アンテナパターンの長さが、λ_１を第１波長として、ほぼλ_１／４〜λ_１／６であり、前記第２放射アンテナパターンの長さが、λ_２を第２波長として、ほぼλ_２／４〜λ_２／６である請求項１に記載の移動体通信用ガラスアンテナシステム。
4. 前記インピーダンス調整パターンの長さが、ほぼλ_１／４〜λ_１／６である請求項３に記載の移動体通信用ガラスアンテナシステム。
5. 前記接地パターンの水平長さおよび垂直長さが、ともに、ほぼλ_２／４〜λ_２／６である請求項３に記載の移動体通信用ガラスアンテナシステム。
6. 前記インピーダンス調整パターンが、前記接地パターンの側部の下部に設けられている請求項１に記載の移動体通信用ガラスアンテナシステム。
7. 前記接地パターンの外周部に沿って配置された同軸ケーブルの芯線を前記結合パターンに接続することにより、前記Ｕ字型アンテナパターンへと給電されている請求項１に記載の移動体通信用ガラスアンテナシステム。
8. 前記同軸ケーブルが、前記接地パターンと重ならない請求項１に記載の移動体通信用ガラスアンテナシステム。
9. 前記放射アンテナパターンの幅が、ほぼ１〜５ｍｍである請求項１に記載の移動体通信用ガラスアンテナシステム。
10. 前記第１放射アンテナパターンと前記第２放射アンテナパターンとの間隔が、ほぼ２〜１０ｍｍである請求項１に記載の移動体通信用ガラスアンテナシステム。
11. 前記Ｕ字型アンテナパターンおよび前記接地パターンが単一のガラスエポキシ基板上に設けられている請求項１に記載の移動体通信用ガラスアンテナシステム。
12. 前記接地パターンを覆い、前記同軸ケーブルの一端を収容し、この同軸ケーブルを保持するガイド溝部を有する外装ケースをさらに含む請求項１１に記載の移動体通信用ガラスアンテナシステム。

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