JP2010021687A

JP2010021687A - 車両用透明アンテナ

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Publication number: JP2010021687A
Application number: JP2008178861A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Horikoshi; 稔之堀越; Shinsuke Murano; 慎介村野
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2008-07-09
Filing date: 2008-07-09
Publication date: 2010-01-28
Anticipated expiration: 2028-07-09
Also published as: JP5067289B2

Abstract

【課題】給電損失が低減されると共に車載に適した車両用透明アンテナを提供する。
【解決手段】一対の車両用ガラス板２２と、該車両用ガラス板２２に挟み込まれる透明アンテナ１と、該透明アンテナ１に給電すると共に上記車両用ガラス板２２の一方の表面上に設けられる給電電極５とからなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、アンテナの視認性を低減した透明アンテナに係り、特に給電損失が低減されると共に車載に適した車両用透明アンテナに関するものである。

従来、ＶＨＦ帯（３０〜３００ＭＨｚ）、ＵＨＦ帯（３００ＭＨｚ〜３ＧＨｚ）を送受信するアンテナとして半波長ダイポールアンテナを考えた場合、図７に示すように、半波長ダイポールアンテナ７１は、一対の導体板７２，７２とその導体板７２，７２に電気的に接続される給電部７３とで構成される。導体板７２が印刷された導電性ペーストや線状導体で構成されるフィルム状のアンテナもある。

導体板の長さＬは、最も原理的なものでは波長の１／２倍で、例えば５００ＭＨｚの電波を送受信するアンテナでは、波長が６００ｍｍのため、Ｌ＝約３００ｍｍとなる。導体板として抵抗率の低い銅線を使用した場合、給電部とのインピーダンス整合をとるために導体板の抵抗を低減する必要があり、導体板の幅Ｗの実用的な寸法としては、数ｍｍ以上となる。

従来のアンテナの製造方法として以下のような方法がある。

（１）導電性の細線を専用ツール（ノズル）に通し、このノズルより細線を吐出させながらノズルの軌道を移動させて粘着シート上に細線を貼り付ける（描画方式、例えば特許文献１参照）。

（２）基材にメッシュ版を用いて導電インキをスクリーン印刷し、この導電インキを乾燥・硬化する（ペイント方式、例えば特許文献２参照）。

（３）導体板の材料に金属箔を用い、この金属箔のアンテナとして残したい部分（コイル）をマスキングして、その残したい部分以外の部分をエッチングにより除去してコイル状の導体板とする（エッチング方式、例えば特許文献３参照）。

（４）図８に示す透明アンテナ８１は、２枚の絶縁性フィルム８２の間に複数本の線状導体を放射素子８３として並列配置して挟み込んだ構造体をアンテナ素子とし、その絶縁性フィルム８２の外に金属板を給電電極８４として貼りつけ、その給電電極８４にケーブル８５を電気的に接続する（例えば特許文献４参照）。

これらのアンテナは、図９に示されるように、自動車のガラス窓９１に貼り付け、車両用ＴＶのアンテナ９２として用いられる。アンテナ９２は、ガラス窓９１の内側（車室内）からガラス窓９１に貼り付けられ、ケーブル９３を介して車内の機器と接続される。

特開２０００−７６３９８号公報特開２００１−１０２７４５号公報特開２００１−１０１３７１号公報特開２００７−１１６６６５号公報

（４）の透明アンテナは、放射素子８３の無視認性に優れているが、放射素子８３として線状導体を用いているために、放射素子８３の線状導体と給電電極８４の金属板が静電結合する部分の面積が小さい。このため、静電結合が弱くなり、この静電結合した給電部のインピーダンスが大きく損失が大きくなる。損失が大きいことでアンテナの送受信のレベルが低くなり、十分な送受信が困難になる。

また、（１）〜（４）による従来のアンテナを車両のガラス窓９１に貼り付けると、ガラス面と絶縁性フィルム面との境に段差が生じる。この段差による意匠の低下（美観が悪くなる等）が生じると共に、段差がガラス窓清掃時の障害となる。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、給電損失が低減されると共に車載に適した車両用透明アンテナを提供することにある。

上記目的を達成するために本発明の車両用透明アンテナは、一対の車両用ガラス板と、該車両用ガラス板に挟み込まれる透明アンテナと、該透明アンテナに給電すると共に上記車両用ガラス板の一方の表面上に設けられる給電電極とからなる。

上記透明アンテナは、並列配線された複数本の線状導体からなる放射素子と、該放射素子の一部と電気的に接続されると共に、面状の形状を有する導体からなる給電素子と、上記放射素子と上記給電素子とを挟み込む一対の絶縁性フィルムとを有し、上記給電素子は上記給電素子と対向して設けられていてもよい。

上記給電素子に穴が設けられ、該穴の位置において上記一対の絶縁性フィルム同士が接着されていてもよい。

上記給電素子は低融点金属からなる接合層と該接合層よりも高融点の金属からなる面状導体層とからなり、該面状導体層上に上記接合層と上記放射素子とが順次配置された後に、上記接合層を溶融させることによって上記放射素子と上記面状導体層とが金属的に接合されていてもよい。

本発明は次の如き優れた効果を発揮する。

（１）給電損失が低減される。

（２）合わせガラスの中に入れた場合、ガラス窓に段差を生じないので、車載に適する。

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１に示されるように、本発明に係る車両用透明アンテナに用いられる透明アンテナ１は、並列配線された複数本の線状導体からなる放射素子２と、放射素子２の一部と電気的に接続されると共に、面状の形状を有する導体からなる給電素子３と、放射素子２と給電素子３とを挟み込む一対の可視光透過性の絶縁性フィルム４，４と、給電素子３と対向すると共に、絶縁性フィルム４の一方の表面側に設けられた給電電極５とからなる。

放射素子２となる線状導体は、直径が０．０４ｍｍ以下の金属線である。放射素子２は、等間隔で互いに平行に並べられ、長さが同じである。放射素子２同士の間隔は、放射素子２となる線状導体の直径の１０倍以上である。これらの設定理由については後述する。

絶縁性フィルム４は、アクリル、ポリ塩化ビニルなどの樹脂からなる。

給電電極５は、金属箔、金属板、金属細線網などからなる。

本実施形態にあっては、透明アンテナ１は、車両のフロントガラスに取り付けられる。ここで、図２に示されるように、車両のフロントガラス２１は、２枚の可視光透過性のガラス板（車両用ガラス板とも言う）２２間に樹脂からなる中間膜２３を挟み込んだ合わせガラス構造になっている。中間膜２３は、ガラス破損時のガラス飛散防止、太陽からの紫外線カットなどの目的で設けられる。

本実施形態にあっては、透明アンテナ１は、放射素子２及び給電素子３が挟み込まれた絶縁性フィルム４，４がさらにフロントガラス２１のガラス板２２，２２間に挟み込まれる。詳しく述べると、絶縁性フィルム４，４は中間膜２３の片側面と一方のガラス板２２との間に挟み込まれる。このようにして絶縁性フィルム４及びガラス板２２に挟み込まれている給電素子３に対して給電する給電電極５は、ガラス板２２の表面に設けられる。

給電電極５には、同軸ケーブル６の中心導体７がハンダ付け等により電気的に接合される。

本発明の透明アンテナ１の作用効果を受信の場合について説明する。

本発明の透明アンテナ１は、給電素子３と給電電極５とが絶縁性フィルム４及びガラス板２２を介して互いに対向して設けられていることで、静電結合（交流結合）している。よって、給電素子３と給電電極５との間は交流電力を伝達させることができる。給電素子３と各放射素子２とは、直接、接しているので、給電素子３と各放射素子２との間は電力を伝達させることができる。

透明アンテナ１に電波が到来すると、放射素子２の１本ごとに電流が誘起され、給電素子３及び給電電極５を介して同軸ケーブル６に受信電力が伝達される。このとき、複数本の放射素子２は、例えば、同じ長さである。よって、給電素子３では、各々の放射素子２からの受信電力が同位相で合成される。放射素子２は、直径が細い線状導体で構成されるため、高い抵抗値を持つ。しかし、複数本（Ｎ本）の放射素子２が並列回路となるため、透明アンテナ１全体の抵抗値は放射素子２の１本当たりの抵抗値のＮ分の１倍となる。放射素子２の本数Ｎが十分大きければ、透明アンテナ１の抵抗損失は小さくなる。このため、同軸ケーブル６とのインピーダンス整合を容易に取ることができる。

例えば、直径０．０２ｍｍの抵抗値１．５×１０^-8Ωの銀めっき銅合金線を放射素子２に用い、５００ＭＨｚ（波長６００ｍｍ）用の全長Ｌ＝波長／２＝３００ｍｍのダイポールアンテナを考えた場合、放射素子２の高周波抵抗は１本当たり約１５０Ωとなる。この値は、アンテナに望まれる放射抵抗７３．１３Ωより大きな値のため、放射素子２が１本だけであると熱損失が大きい。しかし、放射素子２の本数Ｎを５０とすると、透明アンテナ１全体の高周波抵抗は約３Ωと小さくなり、熱損失は無視できるレベルとなる。

このとき放射素子２同士の間隔を放射素子２となる線状導体の直径の１０倍である０．２ｍｍとすると、５０本分が占める幅は一般的なアンテナの幅と同程度の約１０ｍｍとなるが、本発明では、線状導体からなる放射素子２を所定間隔ごとに並べているので無視認性（透明性）を得ることができる。

一般的な裸眼での視認能力である視力指標（分数視力）＝２．０の人が、距離２５０ｍｍ離れたところから放射素子を見たとき、直径約０．０４ｍｍの放射素子が視認の限界となる。よって、放射素子２の直径は０．０４ｍｍ以下が好ましく、０．０２ｍｍ以下とすればいっそう視認が困難となり、好ましい。

放射素子２同士の間隔を放射素子２となる線状導体の直径の１０倍以上とすることにより、放射素子２によって遮断される面積が放射素子２全体の配置面積の１０％以下になる。これにより、可視光透過性への影響が小さくなり、背景（車室内から見たフロントガラス２１の外景）に対する視認性が十分に確保できる。

放射素子２の材料による色彩及び光沢は、アンテナの無視認性の観点から銅や黄銅のように色彩が濃く光沢があるよりも、スズや銀等の色彩が淡く無光沢であるほうが好ましい。

給電素子３の大きさは、大きい方が電流損失（給電損失）が少ないが、その反面、大きすぎると無視認性が損なわれるので、小さい方が望ましい。

本実施形態にあっては、透明アンテナ１は、放射素子２及び給電素子３が挟み込まれた絶縁性フィルム４，４がさらにフロントガラス２１のガラス板２２，２２間に挟み込まれる。このとき、もし、給電素子３に対して直接、導体を接続して給電しようとすると、フロントガラス２１の端から給電素子３を外部に露出させる必要がある。しかし、給電素子３を外部に露出させてこれに直接、ケーブルを接続させると、車両へのフロントガラス２１の取り付け作業性を阻害すると共に、透明アンテナ１自体の破損の可能性が高まる。その点、本実施形態は、給電素子３はフロントガラス２１から露出せず、給電電極５はフロントガラス２１の表面（車室内）に取り付けるだけでよい。

本実施形態にあっては、放射素子２及び給電素子３が挟み込まれた絶縁性フィルム４，４がさらにフロントガラス２１のガラス板２２，２２間に挟み込まれるので、従来のようにガラス面と絶縁性フィルム面との境に段差が生じることがない。給電電極５はフロントガラス２１の表面に取り付けるが、給電電極５は絶縁性フィルム４に比べて面積が小さいので、ガラス面と給電電極５との境に段差が生じても、意匠の低下にはつながらない。また、給電電極５は絶縁性フィルム４に比べて面積が小さいので、ガラス面と給電電極５との境に段差が生じても、ガラス窓清掃時の障害にはならない。よって、本発明の透明アンテナ１は、従来のアンテナより車載に適する。

また、図９に示すような従来の透明アンテナでは、線状導体からなる放射素子と給電電極との間で静電結合させていた。そのため、この静電結合する部分の面積が小さいので、静電結合が弱くなり、この静電結合した給電部のインピーダンスが大きくなって、損失が大きくなっていた。しかし、本発明の透明アンテナは、新たに設けた面状の形状を有する給電素子と給電電極との間で静電結合させているので、この静電結合する部分の面積が大きい。そのため、上述の問題を解決し、給電損失を低減することができる。

次に、給電素子の実施形態を説明する。

図３に示されるように、給電素子３１は、複数本平行に配線された放射素子２の長手方向の一端に設けられる。この給電素子３１は、面状導体として金属箔又は金属板を用いたものである。また、図示しないが、給電素子３１の面状導体に穴を空け、この穴を通じて絶縁性フィルム４，４同士が接着されるようにしてもよい。絶縁性フィルム４，４の接着をより強固にできるからである。

図４に示されるように、給電素子４１は、複数本平行に配線された放射素子２の長手方向の一端に設けられる。この給電素子４１は、面状導体として複数本の金属細線を交差させて編んだ金属細線網（メッシュ、格子、網目）を用いたものである。このように、給電素子４１は、放射素子２の一部に接する１本以上の線状導体から構成することもできる。

図５に示されるように、給電素子５１は、半田等の低融点金属からなる接合層５２と、接合層より融点が高い金属からなる面状導体層５３とからなる。この給電素子５１の接合層５２側を放射素子２に重ね、給電素子５１に熱を加えることにより、接合層５２が溶融し、放射素子２と給電素子５１の面状導体層５３とが金属的に接合される。これにより、放射素子２と給電素子５１との間の電気抵抗が小さくできる。

給電素子３の大きさは、例えばガラス板２２の厚さ（給電素子３と給電電極５との距離）によって静電結合力が変化するので、所望の静電結合力が得られ、かつ無視認性が損なわれない範囲で適宜設定可能である。

放射素子２となる金属細線の直径は、前記実施形態に限定されず、０．０４ｍｍ以下であればよい。金属細線の材質、及びその金属細線に施すめっきの材質は、前記実施形態に限定されず、視認が困難であって電気的特性が十分に確保できれば何でもよい。放射素子２の本数は、前記実施形態に限定されず、電気的特性が十分に確保できれば何本でもよい。放射素子２同士の間隔は、等間隔に限らず、視認が困難であって電気的特性が十分に確保できれば不等間隔でもよい。

絶縁性フィルム４，４同士を張り合わせる方法、材料は、後述する実施例に限定されず、絶縁性フィルム４，４同士の接着が確保でき、可視光透過性が確保できれば何でもよい。絶縁性フィルム４の厚さ、接着層を設ける場合の接着層の厚さは、後述する実施例に限定されず、任意に選択ができる。圧延接着する温度は後述する実施例に限定されず、絶縁性フィルムの種類、接着剤の種類等に応じて適切な温度とすることができる。

なお、本発明の透明アンテナ１にあっては、複数本の金属細線を交差させて編んだ金属細線網を絶縁性フィルム間に挟むようにしたが、この構成はアンテナに限らず、電磁波遮断フィルムにも応用することができる。これにより、家屋の窓ガラス、ブラウン管表面、顔面保護カバーなどに貼り付けて、無視認性を損なうことなく、電磁波を遮断することができる。

（実施例１）
直径０．０２ｍｍの無光沢銀めっき銅合金線１０本を放射素子２として１．５ｍｍの等間隔１．５ｍｍで平行に配列し、可視光透過性と自己融着性を有する２枚の絶縁性フィルム４，４間に挟み込んだ。１２０℃の熱を加えて圧着することで透明アンテナ１を作製した。放射素子２の長さは１４０ｍｍとした。このとき、給電素子３は、図３の形態の給電素子３１とし、横（図示ｘ方向）２０ｍｍ、縦（図示ｙ方向）２０ｍｍ、厚さ（図示ｚ方向）０．０５ｍｍの銅箔で形成した。給電素子３１は、１０本の放射素子２全てに接するように放射素子２に重ね、２枚の絶縁性フィルム４，４間に挟み込んだ。この絶縁性フィルム４，４を厚さ２ｍｍのガラス板２２，２２間に挟み込んだ。ガラス板２２の外面に給電素子３と同じ大きさの銅板を給電電極５として給電素子３と静電結合するよう対向させて貼り付けた。給電電極５に同軸ケーブル６を電気的に接続し、モノポールアンテナとした。

（実施例２）
直径０．０２ｍｍの無光沢銀めっき銅合金線１０本を放射素子２として１．５ｍｍの等間隔で平行に配列し、可視光透過性と自己融着性を有する２枚の絶縁性フィルム４，４間に挟み込んだ。１２０℃の熱を加えて圧着することで透明アンテナ１を作製した。放射素子２の長さは１４０ｍｍとした。このとき、給電素子３は、図４の形態の給電素子４１とし、直径０．０２ｍｍの無光沢銀めっき銅合金線を間隔０．５ｍｍでメッシュ状に重ねた横（図示ｘ方向）２０ｍｍ、縦（図示ｙ方向）２０ｍｍ、厚さ（図示ｚ方向）０．０５ｍｍの金属細線網で形成した。給電素子４１は、１０本の放射素子２全てに接するように放射素子２に重ね、２枚の絶縁性フィルム４，４間に挟み込んだ。この絶縁性フィルム４，４を厚さ２ｍｍのガラス板２２，２２間に挟み込んだ。ガラス板２２の外面に給電素子３と同じ大きさの金属メッシュを給電電極５として給電素子３と静電結合するよう対向させて貼り付けた。給電電極５に同軸ケーブル６を接続し、モノポールアンテナとした。

（比較例１）
直径０．０２ｍｍで長さが１４０ｍｍの無光沢銀めっき銅合金線１０本が、放射素子８３として１．５ｍｍの等間隔で平行に配列される。次に、これらが可視光透過性と自己融着性を有する２枚の絶縁性フィルム８２，８２間に挟み込まれ、１２０℃の熱を加えて圧着される。図８のように、給電電極８４として、横（図示ｘ方向）１６ｍｍ、縦（図示ｙ方向）５ｍｍ、厚さ（図示ｚ方向）０．０５ｍｍの銅箔が用いられる。そして、給電電極８４が１０本の放射素子８３の全てを覆うように絶縁性フィルム８２上に設けられることによって、透明アンテナ８１が作製される。同軸ケーブル８５が給電電極８４に電気的に接続され、モノポールアンテナとなる。このモノポールアンテナは、ガラス板（図示しない）に貼り付けて用いられる。

実施例１、実施例２、比較例１のリターンロス特性を評価した。その結果を図６に示す。実施例１、２は、比較例１に比べて放射素子の給電される部分の長さが長いため、ピークレベルは比較例１より向上し（リターンロスが比較例１より小さくなる）、デジタルＴＶの周波数帯域４７０ＭＨｚ〜７７０ＭＨｚにおいて−４ｄＢ以下のリターンロスを確保している。すなわち、本発明の透明アンテナ１は、実用的に十分なリターンロス特性を有する。よって、本発明は、有効であることが分かる。

本発明の一実施形態を示す透明アンテナの断面図である。車両のフロントガラスの構造図である。本発明の一実施形態を示す給電素子の平面図である。本発明の一実施形態を示す給電素子の平面図である。本発明の一実施形態を示すアンテナの断面図である。周波数対リターンロス特性図である。従来の導体板を用いた半波長ダイポールアンテナの正面図である。従来の透明アンテナの（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。車両のフロントガラスにアンテナを取り付けた外観図である。

符号の説明

１透明アンテナ
２放射素子
３給電素子
４絶縁性フィルム
５給電電極
２２ガラス板

Claims

一対の車両用ガラス板と、
該車両用ガラス板に挟み込まれる透明アンテナと、
該透明アンテナに給電すると共に上記車両用ガラス板の一方の表面上に設けられる給電電極とからなる車両用透明アンテナ。
上記透明アンテナは、並列配線された複数本の線状導体からなる放射素子と、
該放射素子の一部と電気的に接続されると共に、面状の形状を有する導体からなる給電素子と、
上記放射素子と上記給電素子とを挟み込む一対の絶縁性フィルムとを有し、
上記給電素子は上記給電素子と対向して設けられていることを特徴とする請求項１記載の車両用透明アンテナ。
上記給電素子に穴が設けられ、該穴の位置において上記一対の絶縁性フィルム同士が接着されていることを特徴とする請求項２記載の車両用透明アンテナ。
上記給電素子は低融点金属からなる接合層と該接合層よりも高融点の金属からなる面状導体層とからなり、該面状導体層上に上記接合層と上記放射素子とが順次配置された後に、上記接合層を溶融させることによって上記放射素子と上記面状導体層とが金属的に接合されていることを特徴とする請求項２または３記載の車両用透明アンテナ。