JP2005303946A - 自動車用高周波ガラスアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】車体の金属部の近くに設置されるガラスアンテナであっても、車体の金属部の影響を受けずに、ある一方向に強い指向性を持つ広帯域の自動車用高周波ガラスアンテナを提供する。
【解決手段】車体の金属部６の近くに設けられ、給電されるアンテナ線１０と、アンテナ線の近傍に配置され、指向性を調整するための無給電線とから構成される。アンテナ線１０は、一端が給電点１６に接続され、長さが（λ／４）ｋの直線状アンテナ線であり、無給電線１２は、アンテナ線に平行に延び、長さが（３λ／８）ｋである直線状導体線１２よりなる。導体線がアンテナ線と重なる長さは、（λ／８）ｋであり、導体線とアンテナ線との間の距離は、（λ／６４）ｋである。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車用高周波ガラスアンテナ、特に、ＵＨＦ帯域以上（３００ＭＨｚ以上）の電波の送受信に用いられる自動車用高周波ガラスアンテナに関する。

３００ＭＨｚ以上の高周波帯域の電波を送受信する自動車用高周波ガラスアンテナとしては、例えば、ＧＰＳ人工衛星信号（１５７５．４２ＭＨｚ）等の通信手段、ＴＶ放送波（４７１ＭＨｚ〜７７１ＭＨｚ）、自動車用電話の８００ＭＨｚ帯（８１０〜９６０ＭＨｚ）または１．５ＧＨｚ帯（１．４２９〜１．５０１ＧＨｚ）を利用する自動車通信手段に好ましい自動車用高周波ガラスアンテナがある。

このような自動車用高周波ガラスアンテナは、種々の方向から来る電波を受信すると、受信波の位相の差によりゴーストが発生するので、指向性を示すものが要求される。

また、このようなガラスアンテナが自動車のフロントガラスあるいはリアガラスに設けられる場合、フロントガラスは運転者の視覚を確保するため、リアガラスは熱線が設けられている関係上、窓ガラス上であっても車体の金属部に近い領域に設けざるを得ない。

特開２００２−１３５０２５号公報（特許文献１）には、走行しながら電波を受信する場合に、マルチパスなどの影響を受け難いガラスアンテナとして、導波器と反射器を有する一方向にのみ強い指向性を示すアンテナ（八木アンテナ）を組み合わせて受信するシステムが開示されている。
特開２００２−１３５０２５号公報

特許文献１に記載の自動車用高周波ガラスアンテナは、車体の金属部を反射器として用いるので、指向性が金属部の位置により定まり、指向性を自由に設計できないという問題がある。例えば、フロントガラスまたはリアガラス上であって、車体のルーフの近くにアンテナ線を水平に設けた場合、窓ガラスは傾斜しているので、窓ガラスの傾斜方向（下方向）に指向性を持つアンテナとなり、放送波の送信される車両と水平方向または仰角方向に有効な指向性を持つアンテナとはなり得ない。

したがって、本発明の目的は、車体の金属部の近くに設置されるガラスアンテナであっても、車体の金属部の影響を受けずに、ある一方向に強い指向性を持つ広帯域の自動車用高周波ガラスアンテナを提供することにある。

本発明の自動車用高周波ガラスアンテナは、代表的なビームアンテナ（一方向に指向性を持ったアンテナ）のうち、八木アンテナに代表されるパラスティック型アンテナ（給電点に接続されたアンテナ素子と、給電点より絶縁された無給電線とからなるビームアンテナ）の考え方に基づいてパターンを決定している。パラスティック型アンテナは、給電線に誘起される定在波と、無給電線に誘起される定在波との間の位相差を調整することにより、指向性を特定できる。

本発明は、以下の考えに基づいてなされたものであり、ガラスアンテナが車体の金属部の近くに設けられても、給電線のごく近傍（λ／８４〜λ／１６）ｋに配置した無給電線のパターンおよび位置を変化させることで、金属部の影響を受けることなく、ビームの方向を意図する方向にすることができる。

また、給電線に接続されたアンテナでは、通常１つとその整数倍で定義される周波数にしか共振点を持ち得ない。しかしながら本発明では、給電線により構成されるアンテナと、無給電線により構成され、給電線とは異なる共振点を持つように設定されたアンテナとを容量的に結合することにより、１つの給電点で広い帯域を感度よく受信することができる。

したがって、本発明は、自動車の窓ガラスの表面に設けられ、高周波帯域の電波を送受信するガラスアンテナにおいて、車体の金属部の近くに設けられ、給電されるアンテナ線と、前記アンテナ線の近傍に配置され、指向性と受信感度の周波数特性とを調整するための無給電線とを備えることを特徴とする。

前記高周波帯域の受信周波数の波長をλ、短縮率をｋとした場合に、前記アンテナ線は、一端が給電点に接続され、長さが（λ／４）ｋの直線状アンテナ線である。

前記無給電線は、次のような構成とすることができる。
１）前記無給電線は、前記アンテナ線の一部を挟んで前記アンテナ線に平行に延び、それぞれの長さが（λ／４〜３λ／８）ｋである少なくとも１本の直線状導体線よりなり、各導体線が前記アンテナ線と重なる長さは、それぞれ（λ／８〜λ／４）ｋであり、前記各導体線と前記アンテナ線との間の距離は、（λ／８４〜λ／１６）ｋである。
２）前記無給電線は、前記アンテナ線の一部を挟んで前記アンテナ線に平行に延び、それぞれの長さが（３λ／１６）ｋである２本の直線状導体線と、前記アンテナ線を挟む部分とは反対側の各導体線の端部を互いに接続する導体線とからなり、前記２本の導体線が前記アンテナ線と重なる長さは、それぞれ（λ／８）ｋであり、前記各導体線と前記アンテナ線との間の距離は、（λ／６４〜λ／１６）ｋである。
３）前記無給電線は、前記アンテナ線の前記給電点とは反対側の延長線上に配置され、長さが（λ／４）ｋの直線状導体線である。

前記アンテナ線は、ループ状とすることもできる。この場合、前記無給電線は、前記ループ状アンテナ線に平行に延び少なくとも１本の直線状導体線よりなる。

本発明によれば、車体の金属部の近くに設けられたガラスアンテナであっても、無給電の導体線を用いて指向性と受信感度の周波数特性を調整するため、水平方向または所望の仰角方向にも指向性を持った広帯域の自動車用高周波ガラスアンテナが得られる。

以下、本発明の実施例を、図面に基づいて説明する。

図１に、実施例１の自動車用高周波ガラスアンテナのアンテナパターンを示す。このガラスアンテナは、車両の車体６で囲まれたフロントガラス８に設けられている。視認性を妨げないように、車体の金属部６（ルーフ）に近い、フロントガラスの右上隅に設けられている。フロントガラスは、垂直方向に対し３０〜４０゜の角度で傾斜しているものとする。アンテナは、λ／４モノポールタイプもしくはそれに類する給電された直線状のアンテナ線（給電線）１０と、この給電線１０の一部を挟むように平行に延び、直流的に接続されていない１本の直線状導体線（無給電線）１２との組み合わせにより構成される。１６は、給電線１０の一端が接続される給電点である。

なお、本明細書において、λは受信周波数の波長である。ｋは短縮率である。短縮率とは、誘電体基板（この場合、ガラス板）を伝搬する電波の伝搬速度に関係するもので、アンテナが共振するように、誘電体基板上に形成されるアンテナの寸法が、誘電体基板のない場合に想定されるアンテナ寸法に比べて小さくなる比率をいう。なお、図においては表示を簡単にするため、短縮率ｋは省略する。

給電線１０の長さは、（λ／４）ｋである。無給電線１２は、給電線１０に対し（λ／８）ｋの長さ（給電線の長さの半分）だけ重なっており、重ならない部分の長さは、（λ／４）ｋである。したがって、無給電線１２の長さは、（３λ／８）ｋである。

また、無給電線１２は、給電線１０から（λ／３２）ｋの距離に設けられている。

以上のような無給電線１２は、給電線１０の近傍に配置され、指向性と受信感度の周波数特性とを調整する働きをする。

本実施例によれば、給電線１０と無給電線１２との組み合わせにより高周波を共振させ、指向特性と広帯域での安定した受信性能とを有するアンテナが実現できる。

一例として、共振周波数が６００ＭＨｚの場合の具体的な寸法を求めて見る。周波数６００ＭＨｚの場合のλは、５０ｃｍである。短縮率ｋを０．６５とすると、給電線１０の長さは、（５０／４）×０．６５＝８．１ｃｍ、無給電線１２の長さは、（３×５０／８）×０．６５＝１２．２ｃｍ、給電線１０と無給電線１２との間の距離は、（５０／３２）×０．６５＝１．０ｃｍである。ガラスアンテナの占有エリアは狭いことがわかる。

このようなガラスアンテナの水平面での指向特性を測定したところ、図２に示す特性が得られた。自動車の正面方向に強い指向性が実現されていることがわかる。

また、Ｆ／Ｂ比の周波数特性を測定したところ、図３に示す特性が得られた。ここで、Ｆ／Ｂ比とは、ビームの出る方向を正面（Ｆｒｏｎｔ）とした場合の、正面への指向性利得と、背面（Ｂａｃｋ）への指向性利得の差で、アンテナの指向性利得（ビーム強度）の評価となるものである。この数値が小さければ、正面と背面への指向性利得の差の小さい（丸い）指向性になることを示し、逆に大きければ、指向性利得差の大きい（正面方向に強い指向性を持った）アンテナであることを示す。図３のＦ／Ｂ比の算出は、前方向１８０度の指向性平均利得と、後方向１８０度の指向性平均利得との比で表している。平均利得の計算には、面積平均算出法を適用している。なお、図３には、前半感度および平均値も併せて示してある。図３のＦ／Ｂ比から、正面方向に強い指向性を有していることがわかる。

また、（３００ＭＨｚ〜９００ＭＨｚ）でのアンテナインピーダンス測定結果を、図４に示す。広帯域での安定した共振点（▽印で示す）を有することがわかる。

図５に、比較のために、給電線１０のみを設けたガラスアンテナを示す。このガラスアンテナの指向特性を図６に、Ｆ／Ｂ比の周波数特性を図７に示す。図６，７は、本実施例の図２，３に示す特性に対応している。

特性を比較すれば明らかなように、本実施例のアンテナは、図５のアンテナに比べて広帯域にわたって前方方向に強い指向性を有していることがわかる。

図８に、実施例２の自動車用高周波ガラスアンテナのアンテナパターンを示す。このガラスアンテナは、実施例１のガラスアンテナと同様のアンテナパターンを有しており、実施例１とは寸法が異なるものである。

本実施例によれば、（λ／４）モノポールタイプの給電線１０と平行に、長さが（λ／４）ｋの無給電線４０が設けられており、給電線１０と無給電線４０との間は、（λ／８４）ｋ〜（λ／６４）ｋだけ離れている。

このようなガラスアンテナの指向特性を測定したところ、図９の特性が得られた。自動車の正面方向に強い指向性が実現されていることがわかる。

図１０に、実施例３の自動車用高周波ガラスアンテナのアンテナパターンを示す。実施例１，２では、給電線の形状を１本の導体線としているが、本実施例では共通の給電点１６から給電される長さ（λ／４）ｋ、間隔が（λ／８４〜λ／６４）ｋの２本の直線状導体線を有し、給電点１６とは異なる他方を接続した矩形ループを形成する給電線５０と、それに平行する少なくとも１本以上の無給電線６０から構成される。

無給電線６０の長さは、（λ／４〜３λ／８）ｋであり、このうち（λ／３２〜λ／８）ｋの長さが、ループ状アンテナ線５０と重なっている。

また、ループ状アンテナ線５０と無給電線６０との間隔は、（λ／６４〜λ／３２）ｋである。

このようなガラスアンテナの水平面での指向特性を測定したところ、図１１に示す特性が得られた。自動車の正面方向に強い指向性が実現されていることがわかる。

また、Ｆ／Ｂ比の周波数特性を測定したところ、図１２に示す特性が得られた。図１２のＦ／Ｂ比から、正面方向に強い指向性を有していることがわかる。

さらに、本実施例のガラスアンテナは、実施例１，２のアンテナに比べて、約３ｄＢ程度高い利得が得られた。

図１３に、実施例４の自動車用高周波ガラスアンテナのアンテナパターンを示す。アンテナは、λ／４モノポールタイプもしくはそれに類する給電された直線状のアンテナ線（給電線）１０と、この給電線１０の一部を挟むように平行に延び、直流的に接続されていない２本の直線状導体線（無給電線）１２，１４との組み合わせにより構成される。１６は、給電線１０の一端が接続される給電点である。

給電線１０の長さは、（λ／４）ｋである。無給電線１２，１４は、給電線１０に対し（λ／８）ｋの長さ（給電線の長さの半分）だけ重なっており、重ならない部分の長さは、（λ／４）ｋである。したがって、無給電線１２，１４の各長さは、（３λ／８）ｋである。

また、無給電線１２と１４とは、給電線１０から、それぞれ（λ／６４）ｋの距離に設けられており、したがって、無給電線１２と１４との間との距離は、（λ／３２）ｋである。

以上のような無給電線１２，１４は、給電線１０の近傍に配置され、指向性と受信感度の周波数特性とを調整する働きをする。給電線１０と無給電線１２，１４との組み合わせにより高周波を共振させ、指向特性を有する広帯域のアンテナが実現できる。

一例として、共振周波数が６００ＭＨｚの場合の具体的な寸法を求めて見る。周波数６００ＭＨｚの場合のλは、５０ｃｍである。短縮率ｋを０．６５とすると、給電線１０の長さは、（５０／４）×０．６５＝８．１ｃｍ、１２，１４の長さは、（３×５０／８）×０．６５＝１２．２ｃｍ、無給電線１２と１４との間の距離は、（５０／３２）×０．６５＝１．０ｃｍである。ガラスアンテナの占有エリアは狭いことがわかる。

このようなガラスアンテナの水平面での指向特性を測定したところ、図１４に示す特性が得られた。図１５に、４７０〜７７０ＭＨｚの電波に対するＦ／Ｂ比の周波数特性を示す。これら特性から、自動車の正面方向に広帯域にわたって強い指向性が実現されていることがわかる。

図１６に、実施例５の自動車用高周波ガラスアンテナのアンテナパターンを示す。このガラスアンテナは、図８のガラスアンテナにおいて無給電線のパターンを変えたものである。すなわち、無給電線２０は、給電線１０の一部を挟むように平行に延びる２本の導体線２０ａ，２０ｂと、これら２本の導体線の左端を接続する導体線２０ｃとからなる。

無給電線２０ａ，２０ｂは、給電線１０に対し（λ／８）ｋの長さだけ重なっており、重ならない部分の長さは、（λ／１６）ｋである。したがって、無給電線２０ａ，２０ｂの各長さは（３λ／１６）ｋである。

また、無給電線２０ａと２０ｂとは、給電線１０から、それぞれ（λ／６４）ｋの距離に設けられており、したがって、無給電線２０ｃの長さは、（λ／３２）ｋである。

このようなガラスアンテナの指向特性を測定したところ、図１７に示す特性が得られた。また、Ｆ／Ｂ比の周波数特性を測定したところ、図１８に示す特性が得られた。これら特性から、自動車の正面方向に広帯域にわたって強い指向性が実現されていることがわかる。

図１９に、実施例６の自動車用高周波ガラスアンテナのアンテナパターンを示す。このガラスアンテナは、給電線１０の延長線上に、長さが（λ／４）ｋの無給電線３０を設けたものである。給電線１０と無給電線３０との間は、（λ／８４）ｋ〜（λ／６４）ｋだけ離れている。

このようなガラスアンテナの指向特性を測定したところ、図２０の特性が得られた。自動車の正面方向に強い指向性が実現されていることがわかる。

実施例１の自動車用高周波ガラスアンテナのパターンを示す図である。 実施例１のアンテナの指向特性を示す図である。 実施例１のアンテナの受信感度（Ｆ／Ｂ比）を示す図である。 実施例１のアンテナのインピーダンスを示す図である。 給電線のみ設けたアンテナのパターンを示す図である。 図５のアンテナの指向特性を示す図である。 図５のアンテナの受信感度（Ｆ／Ｂ比）を示す図である。 実施例２の自動車用高周波ガラスアンテナのパターンを示す図である。 実施例２のアンテナの指向特性を示す図である。 実施例３の自動車用高周波ガラスアンテナのパターンを示す図である。 実施例３のアンテナの指向特性を示す図である。 実施例３のアンテナの受信感度（Ｆ／Ｂ比）を示す図である。 実施例４の自動車用高周波ガラスアンテナのパターンを示す図である。 実施例４のアンテナの指向特性を示す図である。 実施例４のアンテナの受信感度（Ｆ／Ｂ比）を示す図である。 実施例５の自動車用高周波ガラスアンテナのパターンを示す図である。 実施例５のアンテナの指向特性を示す図である。 実施例５のアンテナの受信感度（Ｆ／Ｂ比）を示す図である。 実施例６の自動車用高周波ガラスアンテナのパターンを示す図である。 実施例６のアンテナの指向特性を示す図である。

符号の説明

６ 車体の金属部
８ フロントガラス
１０，５０ 給電線
１２，１４，２０，３０，４０ 無給電線

Claims (6)

1. 自動車の窓ガラスの表面に設けられ、高周波帯域の電波を送受信するガラスアンテナにおいて、
   車体の金属部の近くに設けられ、車体の金属部に近接する一端より給電されるアンテナ線と、
   前記アンテナ線の近傍に配置され、指向性と受信感度の周波数特性とを調整するための無給電線と、
   を備えることを特徴とする自動車用高周波ガラスアンテナ。
2. 前記高周波帯域の受信周波数の波長をλ、短縮率をｋとした場合に、前記アンテナ線は、長さが（λ／４）ｋの直線状アンテナ線であり、
   前記無給電線は、前記アンテナ線に平行に延び、長さが（λ／４〜３λ／８）ｋである少なくとも１本の直線状導体線よりなり、
   前記各導体線が前記アンテナ線と重なる長さは、それぞれ（λ／１６〜λ／８）ｋであり、
   前記各導体線と前記アンテナ線との間の距離は、（λ／８４〜λ／１６）ｋである、
   ことを特徴とする請求項１記載の自動車用高周波ガラスアンテナ。
3. 前記高周波帯域の受信周波数の波長をλ、短縮率をｋとした場合に、前記アンテナ線は、一端が給電点に接続され、長さが（λ／４）ｋの直線状導体線２本が、（λ／８４〜λ／１６）ｋの間隔で平行に延び、前記給電点とは反対側の各導体線の端部を互いに導体線により接続したループ状アンテナ線であり、
   前記無給電線は、前記ループ状アンテナ線に平行に延び少なくとも１本の直線状導体線よりなる、
   ことを特徴とする請求項１記載の自動車用高周波ガラスアンテナ。
4. 前記高周波帯域の受信周波数の波長をλ、短縮率をｋとした場合に、前記アンテナ線は、一端が給電点に接続され、長さが（λ／４）ｋの直線状アンテナ線であり、
   前記無給電線は、前記アンテナ線の一部を挟んで前記アンテナ線に平行に延び、それぞれの長さが（３λ／８〜λ／２）ｋである２本の直線状導体線よりなり、
   前記２本の導体線が前記アンテナ線と重なる長さは、それぞれ（λ／１６〜λ／８）ｋであり、
   前記各導体線と前記アンテナ線との間の距離は、（λ／６４〜λ／１６）ｋである、
   ことを特徴とする請求項１記載の自動車用高周波ガラスアンテナ。
5. 前記高周波帯域の受信周波数の波長をλ、短縮率をｋとした場合に、前記アンテナ線は、一端が給電点に接続され、長さが（λ／４）ｋの直線状アンテナ線であり、
   前記無給電線は、前記アンテナ線の一部を挟んで前記アンテナ線に平行に延び、それぞれの長さが（３λ／１６）ｋである２本の直線状導体線と、前記アンテナ線を挟む部分とは反対側の各導体線の端部を互いに接続する導体線とからなり、
   前記２本の導体線が前記アンテナ線と重なる長さは、それぞれ（λ／８）ｋであり、
   前記各導体線と前記アンテナ線との間の距離は、（λ／６４）ｋである、
   ことを特徴とする請求項１記載の自動車用高周波ガラスアンテナ。
6. 前記高周波帯域の中心周波数の波長をλ、短縮率をｋとした場合に、前記アンテナ線は、一端が給電点に接続され、長さが（λ／４）ｋの直線状アンテナ線であり、
   前記無給電線は、前記アンテナ線の前記給電点とは反対側の延長線上に配置され、長さが（λ／４）ｋの直線状導体線である、
   ことを特徴とする請求項１記載の自動車用高周波ガラスアンテナ。

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