JP2006005401A - 車両用高周波ガラスアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】狭いエリアに設定でき、設計者の意図する指向性を持ったアンテナパターンとすることにより、前方視認性を阻害するパターンを無くし、他のメディアとの共存が容易な車両用高周波ガラスアンテナを提供する。
【解決手段】ガラスアンテナ１０は、略軸対称な矩形状の２つのループ導体１４，１６よりなるアンテナエレメントを有している。各ループ導体１４，１６の略軸対称の位置にあるコーナには、給電点１８，２０がそれぞれ設けられている。対称軸の近傍には、同軸線２２を引き込み、給電点２０を同軸線２２の中心導体２４に、給電点１８を同軸線２２の外部導体２６に接続する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用高周波ガラスアンテナ、特に、アナログテレビまたはデジタルテレビ放送に用いられるＶＨＦ帯またはＵＨＦ帯の高周波信号に対し指向特性の良い車両用高周波ガラスアンテナに関する。

現在、一定方向の指向性を示すアンテナパターンとして、アンテナエレメントの前後に平行な導波器・反射器を備えたアンテナ（八木アンテナ）が広く知られている。このようなアンテナを一方向にのみに強い指向特性を示す車載用アンテナとして用い、このアンテナを複数組み合わせた、マルチパスなどの影響を受け難い受信システムが、特許文献１に開示されている。

また、ＵＨＦ帯の受信用として、特許文献２に双ループ導体アンテナパターンをもつ双ループアンテナが開示されている。このアンテナは、左右対称に２つのループ導体を配設し、両ループ導体の連結端に給電点が設けられている。これは、ダイポールアンテナに近い働きをするアンテナである。各ループ導体には、定在波が生じている。

図１３に特許文献２に記載されている双ループアンテナを示す。２個のループ導体６０，６２は、連結端において給電点６４，６６に接続され、給電点６４，６６に同軸線６８の外部導体および中心導体がそれぞれ接続される。このような双ループアンテナでは、給電点間を通る対称軸７０で分割し、分割された半分をアース（車両の場合にはボディ）に接続して鏡像をなすように構成される。

この場合、有効な鏡像を得るためには、図１４に示すように、車両のボディ１２と容量的に接合される導体帯７２を持たねばならず、特に窓ガラスが車両へ装着された後に、導電帯が窓ガラスに形成される場合には、窓ガラスの見栄えが悪くなる。
特開２００２−１３５０２５号公報 特開平９−９３０１９号公報

特許文献１に記載された従来のガラスアンテナでは、車両のガラス面上にアンテナを設定するには、ある程度のエリアを必要とする。例えば、アンテナをフロントウィンドウ（ウィンドシールド）に設ける場合、ウィンドシールドは、運転者の視界確保のため、公共の電波の受信に用いられるアンテナの許容エリアは厳しく規制されており複数のメディアおよび、異なる帯域を受信するアンテナを同エリアに設定する際には、互いのアンテナ素子間の干渉は不可避である。

そのため、規制により制限されたエリア内での前述のような複数の素子が配置されたアンテナでは、各々の性能を満足させることは困難である。

また、バックウィンドウ（リアウィンドウ）は、曇りを晴らすための加熱線が設けられており、アンテナを設定できるエリアは限られている。リアウィンドウには、他のメディアのアンテナも設定されることが多く、アンテナ設定に必要なエリアを確保することは難しい。

また、特許文献２に記載の双ループアンテナは、鏡像型にする場合、導電帯の存在により窓ガラスの見栄えが悪くなる。また、このような導電帯は、他のアンテナエレメントを設定できるエリアを制限する。

さらに、特許文献１および２に記載のアンテナは、他のアンテナエレメントの影響を受けやすく、設計者の望む方向への単一な指向性を提供することが難しい。このことは、リアウィンドウへのアンテナの設定では、他のメディアのアンテナとの共存が困難となることを意味する。

また、従来のモノポールタイプと呼ばれる単一の給電点をもつガラスアンテナでは、帯域の異なるアンテナが近接する場合、そのアンテナに誘起される成分の影響を強く受けるため、モノポールアンテナに高調波が発生しない条件下であっても、結果として高調波成分を含む指向性とならざるを得ない。このため幅広い帯域で略半円形の単一の指向性を持つことは困難である。特にＶＨＦ帯域の放送波と、ＵＨＦ帯域の放送波を同時に受信するようなアンテナ設計においては、上記の現象がＵＨＦ帯のアンテナに強く現れ、略半円形となる指向性を得ることは難しい。

また、最大感度が得られる周波数は
アンテナ長Ｌ＝（１／４）λ・整数倍
となる周波数となり、単一なモノポールアンテナでは連続した感度は得られない。

本発明の目的は、従来のアンテナよりも更に狭いエリアに設定でき、設計者の意図する指向性を持ったアンテナパターンとすることにより、前方視認性を阻害するパターンを無くし、他のメディアとの共存が容易な車両用高周波ガラスアンテナを提供することにある。

本発明は、車両の窓ガラスに設けられる高周波ガラスアンテナであって、略軸対称の２個のループ状アンテナエレメント、および各ループ状アンテナエレメントに、略軸対称の位置に設けられた給電点からなるアンテナパターンと、一方の給電点に中心導体が接続され、他方の給電点に外部導体が接続された同軸線とを備えている。

「略軸対称」という用語は、２個のループ状アンテナエレメントが完全に軸対称である必要はなく、およそ軸対称であれば、本発明の効果が得られることを意味する意図で用いている。

アンテナパターンは、窓ガラス上に直接、銀プリント線などで形成してもよいし、あるいは樹脂シートの表面または内部にアンテナパターンを形成し、樹脂シートを窓ガラス上に接着剤で接着してもよい。

各ループ状アンテナエレメントの周長は、受信信号の波長をλ，波長短縮率をｋとした場合に、（１／３〜１／２）λ・ｋとするのが好適である。

また、各ループ状アンテナエレメントを矩形とした場合、矩形の縦横比を、１：２〜１：６とするのが好適である。

（１）広帯域で安定した略半円形の指向性と、良好な受信特性を持つアンテナを作成できる。具体的には、ＵＨＦ帯の全領域において、ガラス面に対し垂直でかつ対称軸を通る面の一方向側の受信感度がほぼ最大となる。これは、ループ導体上に定在波が発生しないうえ、相互に作用する２つのループ状エレメントからの放射ベクトルの合成により、幅広い帯域で安定した性能を維持できるからである。

（２）本発明のアンテナの近傍に、別メディアのアンテナが存在したとしても、その影響を受けにくい。本発明では、対になるループ状エレメントの相互作用により、指向特性以外への方向に発生する成分を打ち消すことが可能であるため、他のメディアとの共存が容易である。

（３）視認性を損なうことなく、設計者の意図する指向性を持ったアンテナを、フロントウィンドウまたはバックウィンドウに設定できる。本発明のガラスアンテナは、簡略なパターンを有し、かつ、車体の近傍に設定されるため、視認性は改善される。

（４）本発明のガラスアンテナは、ＶＨＦまたはＵＨＦ帯域での公共のサービスに用いられる電波の受信への適用も可能である。

図１は、本発明をデジタルＴＶの放送波（ＵＨＦ帯）の受信に適用させた一実施例を示す図である。本実施例のガラスアンテナ１０は、車両の金属部（ボディ）１２の近傍に設置されている。

ガラスアンテナ１０は、略軸対称な矩形状の２つのループ導体１４，１６よりなるアンテナエレメントを有している。各ループ導体１４，１６の略軸対称の位置にあるコーナには、給電点１８，２０がそれぞれ設けられている。

以上のアンテナエレメントおよび給電点よりなるアンテナパターンは、車両窓ガラス上に、銀プリント線等の導電線により形成される。ループ導体１４，１６の上辺は、車両金属部（ボディ）１２の近傍、具体的には２０〜６０ｍｍの距離ｃに配置されることが望ましい。

各ループ導体１４，１６の縦方向の長さをａ、横方向の長さをｂとした場合、ａとｂとの比、ａ：ｂが、１：２〜１：６となるように選ぶのが好適である。

また、各ループ導体の周長（２ａ＋２ｂ）は、受信信号の波長をλとした場合に、（１／３〜１／２）λ・ｋとする。但し、ｋは波長短縮率である。

ループ導体１４と１６との間の距離ｄは、（１／６４〜１／３２）λ・ｋとする。

対称軸の近傍には、同軸線２２を引き込み、給電点２０を同軸線２２の中心導体２４に、給電点１８を同軸線２２の外部導体２６に接続する。

以上のような構成のガラスアンテナによれば、図２（Ａ）に示すように、各ループ導体の給電点１８，２０から給電された高周波が、ループ導体のＡ方向とＢ方向に（ループ導体内で見れば、Ａ方向とＢ方向とは逆方向の関係にある）各々伝播する。Ａ方向に伝播した高周波とＢ方向に伝播した高周波とが合成されて、図２（Ｂ）に示すように、ループ導体１４，１６上に、対称をなす方向に移動する波Ｃが発生する。このことは、各ループ導体上に定在波が発生しないことを意味する。

この波Ｃが互いに対称を成しながらループ導体１４，１６上を移動することにより、ループ導体上に発生する、略半円形の指向性以外への方向に発生する成分を相殺し、略半円形の良好な指向特性を確保すると共に、広帯域での良好な受信感度を実現する。

また、本実施例のアンテナの近傍に他のアンテナエレメントが存在する場合であっても、そのエレメントにより２つのループ導体１４，１６に発生された外乱は、対称をなす２つのループで相殺され、良好な受信性能を維持できる。

図３は、このような指向特性が確保されることを説明する図である。本発明では、アンテナを構成するループ形状を成すエレメント上に定在波を発生させないことで、一般的なダイポール型，ループ型等の従来のアンテナ受信能力の（１／４λ・整数倍）の制約を無くし、かつ対称をなすループ導体１４，１６に発生する外乱，または自らの素子上に発生する高調波成分２７，２８を、図３に示すように、左右で合成・相殺し、外乱による影響を受けにくく、かつ安定した指向特性２９を供給できる。

このことにより、周囲に他メディアのアンテナ素子が配置された条件下であっても、安定した略半円形の指向特性を得ることができる。

以上の機能を確認するために、次のようなサイズの図１に示したガラスアンテナを車両のフロントウィンドウに形成する。すなわち、各ループ導体の周長（２ａ＋２ｂ）は２６０ｍｍ、縦横比ａ：ｂは１：２．５、ボディからの距離ｃは２０ｍｍ、ループ導体間の距離ｄは５ｍｍとする。この場合のループ導体の周長は、５００ＭＨｚの波長λの１／２を元に設定した。

以上のようなアンテナパターンが形成されたフロントウィンドウを有する車両を電波暗室内に置き、アンテナ性能を評価するために、車両を３６０°回転させながら、ＵＨＦ帯域（４７６ＭＨｚ〜７０４ＭＨｚ）の電波を一方向より照射し、その各方向での各周波数の受信感度を測定し、各周波数の全周の受信感度の指向特性を得る。その測定結果を元に、受信感度の全周平均値，半周平均値，Ｆ／Ｂ比の算出を行った。

また、ネットワークアナライザを用いて、アンテナのインピーダンス，ＶＳＷＲの測定も行った。

受信感度の測定結果を、図４に示す。横軸は周波数（ＭＨｚ）を、縦軸は受信感度（ｄＢｄ）を示す。グラフａは全周についての平均感度を、グラフｂはフロント方向の平均感度を、グラフｃは、ＦＢ比（フロント方向の平均感度とバック方向の平均感度との比）を示す。図４の各データから、幅広い帯域で良好な受信性能が得られていることがわかる。

図５（Ａ），（Ｂ）は、６０２ＭＨｚと６８８ＭＨｚに対する指向特性の測定結果を示す。フロント方向に略半円形の良好な指向特性が得られることがわかる。

図６（Ａ）は、インピーダンス特性を測定した結果を示すスミスチャートである。図６（Ｂ）は、ＶＳＷＲ特性を測定した結果を示すグラフである。これらから、周波数４７０〜７７０ＭＨｚの範囲で、実用化が可能なインピーダンス特性およびＶＳＷＲ特性を有していることがわかる。

次に、本発明のガラスアンテナを、他のアンテナと共存させた例について説明する。図７は、アナログＴＶ用のＶＨＦアンテナ３０と共存させた例を示す。ＶＨＦアンテナ３０は、２つのループ導体１４，１６をコ字状に取り囲むパターンを有しており、一端は給電点３２に接続されている。

図８は、ＵＨＦとＶＨＦのエレメントが共存するガラスアンテナを、実際に車両窓ガラスの左右の上辺部に設け、ダイバーシティアンテナを構成したときの一例を示す。左側のアンテナ３４は、図７に示した構成と同じである。右側のアンテナ３６のＶＨＦアンテナ３８は左側のＶＨＦアンテナ３０とパターンが異なる。

本発明のガラスアンテナの基本パターンは、図１で示したものであるが、インピーダンスの良化に寄与するパターンをループ導体内に追加することにより、種々の変形例が考えられる。

図９は、第１の変形例を示す。矩形状ループ導体１４，１６内に１本の横方向導体４２をそれぞれ設けたものである。ループ導体の縦方向の長さをａとした場合、横方向導体４２は、ループ導体の上辺より（１／３）ａの距離に設けられる。

図１０は、第２の変形例を示す。矩形状ループ導体１４，１６内に、給電点１８，２０をそれぞれ取り囲むように小ループ導体４４のパターンを形成し、この小ループ導体内に１本の横方向導体４６を設けたものである。小ループ導体４４の下辺は、ループ導体１４，１６の上辺から（１／４〜１／３）ａの位置に設けられる。

以上の各実施例では、アンテナエレメントは、窓ガラス上に銀プリント線等の導体線を用いて形成される例について説明した。しかし、これに限るものではなく、樹脂シート上、または樹脂シート内にアンテナパターンを形成したものを、窓ガラス上に接着剤で貼り付けてもよい。

図１１は、透明樹脂シート５０の表面に図１で示したアンテナエレメント１４，１６および給電点１８，２０を含むアンテナパターンを銀プリント線で形成したものである。このようなアンテナを形成した樹脂シート５０の裏面を接着剤により窓ガラス面に接着して取り付ける。

また、銀プリント線よりなるアンテナパターンを、２枚の透明樹脂シートで挟み込んだ構造とすることもできる。このような樹脂シートの片面を、接着剤により窓ガラス面に接着して取り付ける。

図１２は、本発明に係るＵＨＦアンテナと他のＶＨＦアンテナとを共存させたアンテナパターンを、透明樹脂シート５２に形成したものである。アンテナパターンは、図７で示したパターンと同じである。

なお、以上の例では、樹脂シートは、透明のものを用いたが、半透明あるいは不透明の樹脂シートであってもよい。

本発明の車両用高周波ガラスアンテナの一実施例を示す図である。 図１のガラスアンテナの働きを説明するための図である。 図１のガラスアンテナにおいて指向特性が得られる理由を説明するための図である。 受信感度の測定結果を示す図である。 指向特性の測定結果を示す図である。 インピーダンス特性を測定した結果を示すスミスチャート、およびＶＳＷＲ特性を測定した結果を示すグラフである。 本発明のガラスアンテナを、他のアンテナと共存させた例を示す図である。 ＵＨＦとＶＨＦのエレメントが共存するガラスアンテナを、リアガラスの加熱線と車両ボディとの間に、左右に設けダイバーシティを構成した例を示す図である。 第１の変形例を示す図である。 第２の変形例を示す図である。 透明樹脂シートの表面に本発明に係るアンテナパターンを銀プリント線で形成したものを示す図である。 透明樹脂シートに本発明に係るアンテナと他のアンテナとのパターンを形成したものを示す図である。 従来の双ループアンテナを示す図である。 従来の双ループアンテナを分割して、分割された半分を車両の場合にはボディに接続して鏡像をなすように構成した例を示す図である。

符号の説明

１０ ガラスアンテナ
１２ 車両のボディ
１４，１６ ループ導体
１８，２０ 給電点
２２ 同軸線
２４ 中心導体
２６ 外部導体
３０ ＶＨＦアンテナ
５０，５２ 樹脂シート

Claims (12)

1. 車両の窓ガラスに設けられる高周波ガラスアンテナであって、
   略軸対称の２個のループ状アンテナエレメント、および各ループ状アンテナエレメントに、略軸対称の位置に設けられた給電点からなるアンテナパターンと、
   一方の給電点に中心導体が接続され、他方の給電点に外部導体が接続された同軸線と、
   を備える車両用高周波ガラスアンテナ。
2. 前記アンテナパターンは車両の窓ガラス上に直接に形成されている、請求項１に記載の車両用高周波ガラスアンテナ。
3. 前記アンテナパターンは、１枚の樹脂シートの表面上に形成され、
   前記樹脂シートの裏面は、接着剤により、車両の窓ガラス上に接着されている、請求項１に記載の車両用高周波ガラスアンテナ。
4. 前記アンテナパターンは、貼り合わされた２枚の樹脂シート間に形成され、
   前記貼り合わされた樹脂シートは、接着剤により、車両の窓ガラス上に接着されている、請求項１に記載の車両用高周波ガラスアンテナ。
5. 前記各ループ状アンテナエレメントの周長は、受信信号の波長をλ，波長短縮率をｋとした場合に、（１／３〜１／２）λ・ｋである、請求項１〜４のいずれかに記載の車両用高周波ガラスアンテナ。
6. 前記各ループ状アンテナエレメントは、それぞれ矩形であり、縦横比は、１：２〜１：６である、請求項１〜５のいずれかに記載の車両用高周波ガラスアンテナ。
7. 前記各ループ状アンテナエレメントは、ループ内にインピーダンス調整用のエレメントを含む、請求項１〜６のいずれかに記載の車両用高周波ガラスアンテナ。
8. 前記アンテナパターンは、車両のボディの近傍に設けられている、請求項１〜７のいずれかに記載の車両用高周波ガラスアンテナ。
9. 前記矩形状の各ループ状アンテナエレメントの上辺と、前記ボディとの間には、２０〜６０ｍｍの距離が設けられている、請求項６，７または８に記載の車両用高周波ガラスアンテナ。
10. 前記２個のループ状アンテナエレメントを取り囲むように設けられた他のアンテナエレメントをさらに含む請求項１〜９のいずれかに記載の車両用高周波ガラスアンテナ。
11. 受信する信号の周波数帯域は、ＵＨＦ帯域である、請求項１〜９のいずれかに記載の車両用高周波ガラスアンテナ。
12. 前記２個のループ状アンテナエレメントが受信する信号の周波数帯域は、ＵＨＦ帯域であり、前記他のアンテナエレメントが受信する周波数帯域は、ＶＨＦ帯域である、請求項１０に記載の車両用高周波ガラスアンテナ。

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