JP2005534215A - 車両用統合ループアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】性能が向上したスクリーンアンテナを提供すること。
【解決手段】 車両用スクリーンアンテナは窓などの誘電体上に延びる導体を含んでいる。導体は、入口セグメント及び出口セグメントを有するループとして構成されて、ループは誘電体に略中心に置かれる。互いに近接した入口セグメント及び出口セグメントは、ループから誘電体の第１の端部に向かって延びていて、誘電体が車両に装着されているときに、略垂直に延びるように誘電体上に配向される。

Description

本発明は車両用アンテナシステムに関する、特に、受信性能を高めたループアンテナの構成を含むシステムに関する。

車両の一部に一体化されたアンテナが知られている。１つのアプローチとして、アンテナの一部として後部スクリーン上の曇り防止ヒーター格子を使用することである（特許文献１参照）。そのような構成をＡＭ受信用の別の素子と共に使用していても良い（特許文献２参照）。いくつかの車両は、専用のアンテナ素子パターンを形成することができるような適当な誘電性の表面を設けている。１つの例がステーションワゴンの上の後部窓の４分の１の部分である。そのような窓は、適当なアンテナ・パターンを印刷可能であるが、固定されている。

例えば、ＦＭとＡＭラジオ受信を提供するための分離パターンの使用については、特許文献３で提案されている。パターンの受信可能範囲を改良するためにサイドウィンドウ上のパターンを他の窓の素子に結合するのは特許文献４で提案されている。

車両の後部窓の４分の１の部分に実装されるアンテナ素子に関する重大な問題は分極である。しばしば、信号フィード線は、窓枠の先端と側面での隙間の制限のために、窓の底部に接続する必要がある。これは、一次アンテナ電流が垂直に延出していて、次に、それに応じて、水平分極（ここで、「水平分極」は、アンテナ信号の水平分極成分を意味する）がそれほど存在しないことを意味する。このことは放送信号が主に水平に分極される市場に問題を生じる。
特開平１３−２２００５号公報 欧州特許出願第０ １５５ ６４７号 米国特許第３，７７１、１５９号 欧州特許出願第０ ８５４ ５３３号

本発明は、上記の課題を解決したスクリーンアンテナを提供することを目的とする。

本発明の車両用スクリーンアンテナは、車両に装着するのに適しており、略垂直に延びている。誘電体上に延びる導体を含んでおり、導体は、誘電体の端部に向かって延出し、かつ略垂直に延びるように誘電体上に配向される互いに近接した入口セグメント及び出口セグメントを有するループになっている。

アンテナを使用している間、アンテナの上の直線状に分極された信号の水平分極成分は、信号の垂直分極成分に少なくとも近似する大きさを有する。単語「略垂直である」は、ここでは、「水平に対するある角度」を意味するように広く解釈されるように意図している。

好ましくは、互いに近接した前記入口セグメント及び出口セグメントはループとそれに近接するループのコーナーを結合する。

誘電体が車両に装着されているときに、好ましくは、誘電体の第１の端部はボトムエッジである。そのような配置において、互いに近接した前記入口セグメント及び出口セグメントはループとそれに近接するループのコーナーを結合しても良い。

好ましくは、誘電体は車両の窓である。

第１の実態の形態では、誘電体の第１の端部で、入口セグメントがフィード線に接続されても良いし、出口セグメントが車両の接地に接続されても良い。

第２の実態の形態では、誘電体の第１の端部で、入口セグメントがフィード線に接続されても良いし、出口セグメントが車両の接地に静電結合のための誘電体の第１の端部に略平行に延びるスタッブセグメントに接続されても良い。本実態の形態では、前記スタッブセグメントは、前記誘電体の端部に近接した車両の接地面から略５ｍｍより少ない分離距離で延びていても良い。スタッブセグメントの長さと車両の接地面からの分離距離を、スタッブセグメントが「ＡＭ」（６ＭＨｚ未満）として通常記述された長波放送信号（ＬＷ／ＭＷ／ＳＷ）を受信できるように選択しても良い。

第３の実態の形態では、誘電体の第１の端部で、入口セグメントがフィード線に接続され、出口セグメントが共振回路の一端に接続され、前記共振回路の他端が車両の接地に接続されていても良い。共振回路はディスクリートの電子回路であって、直列接続されたインダクタ手段とコンデンサー手段とを備えている。共振回路は同調手段を含んでいても良い。

好ましくは、アンテナは、信号の接地から出口セグメントを非接続として、出口セグメントを入口セグメントに接続するためのスイッチ手段を含んでいる。

ループは、略直線状に構成されていても良い。

好ましくは、誘電体が車両に装着されているときに、ループは、長辺が略水平に延びる略長方形として構成されている。誘電体が車両に装着されているときに、ループは、誘電体の端部から略５０ｍｍから略１００ｍｍの間で延びている。

ループは誘電体に略中心に位置決めされても良い。

好ましくは、誘電体は、ステーションワゴンの後部窓か後部窓の４分の１の部分である。

より好ましくは、入口セグメントに接続可能な信号フィード線は、それぞれの後部窓か後部窓の４分の１の部分を収納するのに適したボディー開口部の下であり、車体の最も近いコーナーになるように、車両のボディーに位置決めされる。

本発明のアンテナは、アンテナの動作長が受信信号の１／２波長未満であることを意味する「電気的に小さい」アンテナとして技術的に知られている。

本発明の好ましい実態の形態に係るアンテナは、放送周波数変調（ＦＭ）信号受信に対して、より一般的には、このアンテナをよく電気的に小さいアンテナの分類の範囲内に収めるような動作アンテナ長の５〜１０倍の波長を有する取り扱い信号に対して、特に意図される。電気的に小さいアンテナは、円偏信号を分極するよりもむしろ垂直や、水平な分極を有する信号を受信するか、または送信するのに適用される。

本発明によれば、性能が向上したスクリーンアンテナを提供できる。

図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１に示すように、１つの従来型のスクリーンアンテナは、車体の開口部内の誘電性の表面に形成されたアンテナ素子を有する。

通常、前記誘電体は窓である。アンテナ素子はベースで給電される単純な単極タイプである。アンテナ電流はアンテナ素子と車体との間で等しく分離される（split）。そのようなアンテナ素子が後部窓の４分の１の部分上で使用されるとき、最大強度の電流が主に垂直に流れ、その結果、大部分が垂直分極を有するアンテナになる。

図２に示すように、他の従来型のスクリーンアンテナは、誘電体８の表面に形成されたアンテナ素子を有する。

この場合において、車体上に信号フィード線１４がある状態で、垂直な給電線材１０は、参照符号１６で指定された略閉ループの一端を形成するために給電接続点１２から上向きに延びている。ループ１６は、１組の略平行な水平線材１８と２０、および他端を形成する垂直線材２２を更に有する。

このアンテナは、ＶＨＦ周波数で作動可能であって、ＡＭ素子を設けることができるが、水平分極のためにＶＨＦ性能は良くない。これは、次の理由による。すなわち、この構成は、左端が開放端であるような左側に延びる水平セグメントに接続する垂直セグメントを有する単純なＬ形素子と同等物であると考えることができる。電流は開放端に向かって減少する。そして、垂直な給電線材１０の上の電流１０Ａと比べて、水平線材１８と２０に沿った電流１８Ａと２０Ａは小さい。この結果、水平分極は小さい。

図３に示す本発明のループ配置と図２に示す従来の構造を比較すると、本発明では開ループであって、下側の水平線材２０に給電線材１０に密接して離間した他の垂直線材２４が加えられている。本発明の１つの実態の形態における線材２４は、窓（車体から５ｍｍ未満）の端部に沿って延びるスタッブアンテナ素子２６に接続される。スタッブアンテナ素子２６の長さは、給電点においてＶＨＦバンドの関心中心周波数で低いインピーダンスを与えるように調整される。同軸ケーブル２９等によって形成された不平衡の伝送路２８は、図３に示すようにアンテナに給電する。

スタッブアンテナ素子２６は、低周波数でアンテナの残りの部分から絶縁され、ＡＭアンテナ（ここで、「ＡＭ」は略６ＭＨｚ未満の周波数を有する低周波数放送信号（ＬＷ／ＭＷ／ＳＷ）を意味する）としての使用が可能になる。

アンテナループの素子は、本質的には水平かつ垂直であるとして記述されているが、設計のために主要な性能が損なわれない範囲で傾けても良い。

アンテナループは、過度の容量性装荷を減少し、依然として帯域幅を増加させ、インピーダンスを減少させるためにできるだけ大きく作られていて、車体から離間されるべきである。ループと車体の間の距離は、各アプリケーションに対して最適化する必要があるが、通常５０ｍｍから１００ｍｍである。

典型的な派生電流を図４に示す。

線材１８に沿った電流１８Ｂは、結果としての水平分極の増加で、図２の閉ループの電流１８Ａよりはるかに大きい。図２に示すように、信号フィード線１４からの距離に応じて電流は減少するが、この距離は、接地にリターンパスを導入することによって、増加されている。電流１０Ｂと１８Ｂは同等な大きさを有するが、それぞれの帰線２２、２０および２４上の電流の２２Ｂ、２０Ｂおよび２４Ｂよりそれぞれ大きい。

本発明のループ素子の励起電流は、実際に２つの電流モードの組み合わせである。

第１の電流モードは「奇数」モードであり、この電流モードは図２の従来の素子と同様であって、接地への反射電流がゼロである。第２の電流モードは「偶数」モードであり、接地接続ポイント２６への電流の戻りは給電電流と等しい。

正味の効果は２つのモードの組み合わせであって、その組み合わせは物理構造と動作波長に依存する。加えて、放射は、同様に接続点１２の近くの車両のボディーを流れる「イメージ」電流に依存するが、そのようなイメージ電流は素子の現在の構造によって決定される。図２に示す従来の場合におけるイメージ電流３０は、本質的には垂直であるが、図４に示すような本発明のループアンテナに対するイメージ電流３２は、より二次元の自然な状態、すなわち、水平かつ垂直の両方を有している。

本発明の第２の実態の形態を図５に示す。本実態の形態では、スタッブアンテナ２６は存在しておらず、垂直線材２４の端はディスクリートの直列共振回路を介して接地に接続される。

図５に示されている回路は、コンデンサーＣに直列接続されたインダクタＬを備えているが、同様の特性を有するような、どのような共振器素子も使用しても良い。この構成例は、ＶＨＦ性能を維持しながらも、ＡＭ受信が可能である。すなわち、共振器素子はＡＭで開回路を与える。このディスクリートの直列共振回路は、より広い帯域幅に対して、可変チューニングを可能とするための回路を含んでいても良い。

もしＡＭ受信が不要であれば、スタッブアンテナ素子２６はない。図６に示すような本発明の第３の実施の形態では、給電接続点１２の最も近くで、車体上の戻り線２４と接地接続ポイント３４が直接接続されている。本実態の形態（他の２つの実施の形態と同様に）は、戻り線２４をアース線よりむしろ給電線に接続するための（図６に示すような）電子スイッチ３６を含んでいても良い。そのような切り換えの後に、アンテナは図２に示すＬ形のアンテナと同様の方法で動作する。

したがって、スイッチ３６を含めることによって、分極の多様性に対する切り換えの性能、すなわち、垂直分極を維持しながら水平分極を減少することを可能にする。

本発明のループアンテナが車の後部窓の４分の１の部分に配置されるなら、給電点を後部に配置することによって、改良された全方向性を得られることがわかった。そして、接地電流の水平成分は車体の後部に流れることが可能であって、これにより、窓に垂直な平面における水平成分が高められる。その結果、水平と垂直分極の両方に対して良い全方向性を達成できる。

実際には、誘電体上のアンテナ素子の長さは、波長より短い、すなわち、共鳴長より短い。これは図７のリターン損失グラフに示すように、より狭い帯域幅に解釈される。しかし、いくつかの追加の整合が必要であってもよいが、典型的なＦＭ受信帯域幅に対して十分広い。直接接地の使用と比べた場合の、結合された（coupled）接地（ここで、スタッブアンテナ素子２６は存在している）の使用の効果が示されている。直接接地接続への同様の特性（少量の離調がスタッブのリアクタンスによって引き起こされること）で、スタッブアンテナ素子が効果的に振る舞うのがわかる。これは図８に示しているが、素子をバッファーするのに高インピーダンスアンプを使用している。そして、ＶＨＦを調整し、ＡＭ受信のための容量性装荷を最小にするために、結合された接地を最適化することが可能である。

図９（ａ）と図９（ｂ）はステーションワゴンの後部窓の４分の１の部分に印刷されたスクリーンアンテナに対する典型的な極図式を示す。

図２の従来のループ素子に対して図３に示す本発明の実施の形態に係るループ素子を使用して、垂直及び水平分極の両者に対して、９８ＭＨｚで測定をしている。アクティブ整合回路は両方の例に使用されており、各アンテナ（容認されたレベルがｄＢｉに記録されている）に略５ｄＢの利得を設けている。予想したように、鉛直面では、本発明の実施形態に係る開ループ素子は従来の閉ループ素子と同様に動作する。しかしながら、水平面に関しては、従来の閉ループ素子の水平成分が不十分であるが、一方本発明の実施形態に係る開ループ素子が、より全方向性を有しており、より大きな水平分極利得を提供しており、鉛直面における利得に匹敵している。

本発明を好ましい実態の形態で説明したが、そこで使用されている単語は、制限というより、むしろ記述用の単語として使用しており、請求項によって定義されるように、その範囲から逸脱しないで、本発明を変形しても良いことが理解できる。

本明細書（その用語は請求項を含んでいる）や図面で開示されたそれぞれの特徴は、他の開示或いは図示された特徴と独立に、本発明に取り込んでも良い。

ここにファイルされた要約の原本を、明細書の一部としてここで繰り返す。

車両用スクリーンアンテナは窓などの誘電体上に延びる導体を含んでいる。導体は、入口セグメント及び出口セグメントを有するループとして構成され、該ループが誘電体の略中心に配置されている。誘電体が車両に装着されているときに、互いに近接した入口セグメント及び出口セグメントが、ループから誘電体の第１の端部に向かって延びており、かつ、略垂直に延びるように誘電体上に配向される。

第１の従来のスクリーンアンテナのパターンを示す図。 第２の従来のスクリーンアンテナのパターン、およびアンテナの電流流れを示す図。 結合された接地接続に対する本発明のスクリーンアンテナ、スタッブ接地素子を含むアンテナの第１の実態の形態を示す図。 本発明のスクリーンアンテナの第１の実態の形態における電流の流れを示す図。 本発明のスクリーンアンテナ、接地接続のときに共振回路を含むアンテナの第２の実態の形態を示す図。 直接接地接続を有するアンテナにもかかわらず、本発明、スタッブ接地素子がないスクリーンアンテナの第３の実態の形態を示す図。 図３のループアンテナ（接地接続を結合する）と図６のループアンテナ（直接接地接続）のためのリターンの損失を比較するグラフ。 AM信号受信のためのロッドアンテナのものとループアンテナの感度を比べるグラフ。 従来のアンテナ素子を比較した本発明のアンテナ素子に対する垂直に分極しているＶＨＦ信号の受信を示す極図式。 従来のアンテナ素子を比較した本発明のアンテナ素子に対する水平に分極しているＶＨＦ信号の受信を示す極図式。

符号の説明

８…誘電体
１０…給電線材
１０Ａ…電流
１０Ｂ…電流
１２…接続点
１４…信号フィード線
１６…ループ
１８…線材
１８Ａ…電流
１８Ｂ…電流
２０…水平線材
２２…垂直線材
２２、２０…帰線
２４…線材
２４…戻り線
２６…スタッブアンテナ素子
２８…伝送路
２９…同軸ケーブル
３０…イメージ電流
３２…イメージ電流
３４…接地接続ポイント
３６…スイッチ

Claims (19)

1. 略垂直方向に延びるように車両に装着される車両用スクリーンアンテナにおいて、
   誘電体上に延びる導体を備え、
   前記導体は、入口セグメント及び出口セグメントを有するループとしての構成を有し、
   誘電体が車両に装着されているときに、互いに近接した前記セグメントが、ループから誘電体の端部に向かって延びており、略垂直に延びるように誘電体上に配向されており、
   アンテナを使用している間、アンテナの上の直線的に分極された信号の水平分極成分が、信号の垂直分極成分に少なくとも近似する大きさを有することを特徴とするスクリーンアンテナ。
2. 請求項１に記載のスクリーンアンテナにおいて、互いに近接した前記入口セグメント及び出口セグメントはループとそれに近接するループのコーナーを結合することを特徴とするスクリーンアンテナ。
3. 請求項１に記載のスクリーンアンテナにおいて、誘電体が車両に装着されているときに、前記誘電体の端部はボトムエッジであることを特徴とするスクリーンアンテナ。
4. 請求項２に記載のスクリーンアンテナにおいて、誘電体が車両に装着されているときに、前記誘電体の端部はボトムエッジであり、ループのコーナーはボトムコーナーであることを特徴とするスクリーンアンテナ。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のスクリーンアンテナにおいて、前記誘電体は車両の窓であることを特徴とするスクリーンアンテナ。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のスクリーンアンテナにおいて、前記誘電体の端部では、入口セグメントがフィード線に接続され、出口セグメントが、車両の接地に接続されることを特徴とするスクリーンアンテナ。
7. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のスクリーンアンテナにおいて、前記誘電体の端部において、入口セグメントがフィード線に接続され、出口セグメントが、静電結合のための誘電体の第１の端部に略平行に車両の接地に延びるスタッブセグメントに接続されることを特徴とするスクリーンアンテナ。
8. 請求項７に記載のスクリーンアンテナにおいて、前記スタッブセグメントは、前記誘電体の端部に近接した車両の接地面から略５ｍｍより少ない分離距離で延びていることを特徴とするスクリーンアンテナ。
9. 請求項８に記載のスクリーンアンテナにおいて、スタッブセグメントが低周波数の放送信号を受信できるように、スタッブセグメントの長さと車両の接地面からの分離距離が選択される。
10. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のスクリーンアンテナにおいて、前記誘電体の端部において、入口セグメントがフィード線に接続され、出口セグメントが共振回路の一端に接続され、前記共振回路の他端が車両の接地に接続されていることを特徴とするスクリーンアンテナ。
11. 請求項１０に記載のスクリーンアンテナにおいて、前記共振回路はディスクリートの電子回路であって、直列接続されたインダクタ手段とコンデンサー手段とを備えていることを特徴とするスクリーンアンテナ。
12. 請求項１０または請求項１１に記載のスクリーンアンテナにおいて、前記共振回路は同調手段を含んでいることを特徴とするスクリーンアンテナ。
13. 請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載のスクリーンアンテナにおいて、前記アンテナは、信号の接地から出口セグメントを非接続として、出口セグメントを入口セグメントに接続するためのスイッチ手段を備えたことを特徴とするスクリーンアンテナ。
14. 請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載のスクリーンアンテナにおいて、ループは、略直線状に構成されることを特徴とするスクリーンアンテナ。
15. 請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載のスクリーンアンテナにおいて、誘電体が車両に装着されているときに、前記ループは、長辺が略水平に延びる略長方形として構成されていることを特徴とするスクリーンアンテナ。
16. 請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載のスクリーンアンテナにおいて、誘電体が車両に装着されているときに、前記ループは、誘電体の端部から略５０ｍｍから略１００ｍｍの間で延びていることを特徴とするスクリーンアンテナ。
17. 請求項１から請求項１６のいずれか１項に記載のスクリーンアンテナにおいて、前記ループが前記誘電体に略中心に位置決めされることを特徴とするスクリーンアンテナ。
18. 請求項１から請求項１７のいずれか１項に記載のスクリーンアンテナにおいて、誘電体は、ステーションワゴンの後部窓か後部窓の４分の１の部分であることを特徴とするスクリーンアンテナ。
19. 請求項１７に記載のスクリーンアンテナにおいて、入口セグメントに接続可能な信号フィード線は、それぞれの後部窓か後部窓の４分の１の部分を収納するのに適したボディー開口部の下であり、車体の最も近いコーナーになるように、車両のボディーに位置決めされることを特徴とするスクリーンアンテナ。

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