JP2011044273A - コネクタ及び車両用窓ガラス - Google Patents

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文貴 寺島
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Abstract

【課題】小型で且つ車両や車両用窓ガラスの温度変化に対応可能なコネクタ及びこのコネクタに内蔵された基板の発熱を抑制する方法を提供することを目的とするものである。
【解決手段】車両用窓ガラスに固定され、前記車両用窓ガラスに設けられたアンテナと接続されるコネクタであって、前記アンテナが受信した受信信号を増幅する増幅手段を有し、前記増幅手段は、第一の電界効果トランジスタと、第二の電界効果トランジスタとを有し、前記第一の電界効果トランジスタのドレインと前記第二の電界効果トランジスタのドレインとの接続点が前記増幅手段の出力端子と接続されており、前記第一の電界効果トランジスタのソース側と前記第二の電界効果トランジスタのソース側とが接地されており、前記第一の電界効果トランジスタのゲートと前記第二のゲートとに前記受信信号が入力される。
【選択図】図4

Description

本発明は、車両用窓ガラスに固定されて、前記車両用窓ガラスに形成されたアンテナ導体と接続されるコネクタ及び該コネクタを搭載した車両用窓ガラスに関する。
近年の車両には、FM放送、AM放送に加え、地上波デジタルテレビ放送を受信する通信装置であるチューナユニット等が搭載されている。このような車両の窓ガラス板には、窓ガラス板に導電ペースト等を印刷することで形成されるガラスアンテナが設けられているのが一般的である。
ガラスアンテナは、ガラスアンテナの給電部にアンプ回路等の電気回路を内蔵した専用のコネクタを接続し、このコネクタを介して車両内のチューナユニット等と通信ケーブルで接続されている。コネクタは、車両用窓ガラスGに固定された保持部材等に保持されて、車両用窓ガラスに取り付けられる。
車両用窓ガラスGに固定されるコネクタは、車両の外部環境の種々の変化に耐え得る耐久性が要求される。例えばコネクタは、車両が走行する際の振動等に耐え得る強度で車両用窓ガラスGに固定される必要がある。コネクタのケース等は、水分の浸透等による導通不良等を回避可能に設計される必要がある。コネクタに内蔵される電気回路は、車両外部の温度変化による車両や車両用窓ガラスGの温度変化にも対応可能に設計される必要がある。また車両用窓ガラスGに固定されるコネクタは、車両の外観を考慮すれば小型であることが好ましい。
従来のコネクタでは、上述の要求を満たすべく、様々な工夫が成されている。例えば特許文献1には、窓ガラスに形成された導体と接合された電極端子と電極把持金具とを嵌合させることにより、ガラス板に形成された導体と接続される電気接続装置において、電気接続装置をガラス板に装着した際に、筐体とガラス板との間の空隙を設け、空気の流れにより水分の蒸発を促進することが記載されている。また特許文献2には、小型化が可能でケーブル抜け強度が高い回路基板内蔵コネクタ及びキャッチが記載されている。
特開2005−243660号公報 特開2008−35479号公報
しかしながら上記従来の技術では、コネクタに内蔵された電気回路を車両や車両用窓ガラスの温度変化に対応可能に設計することと、コネクタの小型化との両立は、以下の理由から困難である。
コネクタを小型化させるためには、コネクタに内蔵される電気回路を基板上に密集させて実装する必要がある。電気回路を密集させて実装した場合、電気回路の発熱により基板の温度は上昇する。この状態で車両や車両用窓ガラスの温度が上昇した場合、基板の温度はさらに上昇し、電気回路が破損する可能性が高くなる。
本発明は、上記事情を鑑みてこれを解決すべくなされたものであり、小型で且つ車両や車両用窓ガラスの温度変化に対応可能なコネクタ及びこのコネクタに内蔵された基板の発熱を抑制する方法を提供することを目的とするものである。
本発明は、上記目的を達成するために、以下の如き構成を採用した。
本発明は、車両用窓ガラスに固定され、前記車両用窓ガラスに設けられたアンテナ導体と接続されるコネクタであって、前記アンテナ導体と電気的に接続させる接続端子と、該接続端子を介して送られる前記アンテナ導体が受信した受信信号を増幅する増幅手段と、前記増幅手段により増幅された増幅信号を車両に搭載された通信装置へ出力する信号出力端子と、を有し、前記増幅手段は、第1の電界効果トランジスタと、第2の電界効果トランジスタと、前記第1の電界効果トランジスタのドレインと前記第2の電界効果トランジスタのドレインとの接続点に接続されて電源電圧を給電する電源回路と、有し、前記第1の電界効果トランジスタのソース側と前記第2の電界効果トランジスタのソース側とが接地されており、前記第1の電界効果トランジスタのゲートと前記第2の電界効果トランジスタのゲートとのゲート接続点に前記アンテナ導体が受信した前記受信信号が供給され、前記第1の電界効果トランジスタのドレインと前記第2の電界効果トランジスタのドレインとのドレイン接続点から前記増幅信号が出力されることを特徴とするコネクタを提供する。
また本発明のコネクタにおいて、前記増幅回路は、前記接続端子と前記ゲート接続点との間に接続された第1のインピーダンス整合回路を有し、前記ゲート接続点には、前記第1のインピーダンス整合回路を介して前記受信信号が供給される構成としても良い。
また本発明のコネクタにおいて、前記増幅手段は、前記ドレイン接続点と前記信号出力端子との間に接続される第2のインピーダンス整合回路を有し、前記増幅信号は、前記第2のインピーダンス整合回路を介して前記信号出力端子から出力される構成としても良い。
また本発明のコネクタにおいて、前記増幅手段は周囲を覆うケースを有し、前記ケースには樹脂が充填されている構成としても良い。
また本発明のコネクタにおいて、前記信号出力端子は、前記通信装置に接続された通信ケーブルと着脱可能なケーブル差込部を有する構成としても良い。
また本発明のコネクタにおいて、前記増幅手段は、AM信号を増幅する構成としても良い。
さらに本発明は、アンテナ導体と、該アンテナ導体に接続されるコネクタとを備えた車両用窓ガラスにおいて、前記コネクタは、前記アンテナ導体と電気的に接続される接続端子と、該接続端子を介して送られる前記アンテナ導体で受信した受信信号を増幅する増幅手段と、前記増幅手段により増幅された増幅信号を車両に搭載された通信装置へ出力する信号出力端子と、を有し、第1の電界効果トランジスタと、第2の電界効果トランジスタと、前記第1の電界効果トランジスタのドレインと前記第2の電界効果トランジスタのドレインとのドレイン接続点に接続されて電源電圧を給電する電源回路と、有し、前記第1の電界効果トランジスタのソース側と前記第2の電界効果トランジスタのソース側とが接地されており、前記第1の電界効果トランジスタのゲートと前記第2の電界効果トランジスタのゲートとのゲート接続点に前記アンテナ導体が受信した前記受信信号が供給され、前記第1の電界効果トランジスタのドレインと前記第2の電界効果トランジスタのドレインとのドレイン接続点から前記増幅信号が出力されることを特徴とする車両用窓ガラスを提供する。
また本発明の車両用窓ガラスにおいて、前記増幅回路は、前記接続端子と前記ゲート接続点との間に接続された第1のインピーダンス整合回路を有し、前記ゲート接続点には、前記第1のインピーダンス整合回路を介して前記受信信号が供給される構成としても良い。
また本発明の車両用窓ガラスにおいて、前記増幅手段は、前記ドレイン接続点と前記信号出力端子との間に接続される第2のインピーダンス整合回路を有し、前記増幅信号は、前記第2のインピーダンス整合回路を介して前記信号出力端子から出力される構成としても良い。
また本発明の車両用窓ガラスにおいて、前記増幅手段は周囲を覆うケースを有し、前記ケースには樹脂が充填されている構成としても良い。
また本発明の車両用窓ガラスにおいて、前記信号出力端子は、前記通信装置に接続された通信ケーブルと着脱可能なケーブル差込部を有する構成としても良い。
また本発明の車両用窓ガラスにおいて、前記増幅手段は、AM信号を増幅する構成としても良い。
本発明によれば、小型で且つ車両や車両用窓ガラスの温度変化に対応可能なコネクタ及び車両用窓ガラスを提供することができる。
本発明のコネクタ10の斜視図である。 本発明のコネクタ10のA−A断面図である。 基板20に実装された電気回路30を説明する図である。 コネクタ10に内蔵されたAMアンプ回路40を示す回路図である。
以下に図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
以下に説明する本実施形態は、車両に搭載された通信装置の一つであるAM/FMラジオのチューナユニットと、車両用窓ガラスGの表面に形成されるガラスアンテナ(以下、アンテナ導体という)とを接続するコネクタに本発明を適用した形態である。アンテナ導体は、電波を受信するための線状導体16a、16bと、アンテナ導体に励起した電流を取り出す四角形の2つの給電部15a、15bとを有している。
本発明のコネクタは、コネクタの形状と、コネクタに内蔵された電気回路とにそれぞれ特徴を有する。本発明のコネクタは、これらの特徴を併せ持つ構成により、小型で且つ車両や車両用窓ガラスGの温度変化に対応可能な耐久性を有するコネクタを実現する。
始めに、図1、図2を参照して本発明のコネクタの形状について説明する。図1は、本発明のコネクタ10の斜視図であり、図2は、本発明のコネクタ10のA−A断面図である。
コネクタ10は、ケース11、ケーブル差込部12、2つの接続端子13a、13bを有する。ケース11は、内部に後述する電気回路が実装された基板20が設けられている。ケーブル差込部12は、車両内部に搭載されたラジオユニットとコネクタ10とを接続するケーブルが差し込まれる。接続端子13a、13bは、導体で形成されており、車両用窓ガラスG上に設けられたアンテナ導体の2つの給電部15a、15bそれぞれに半田または導電性接着剤など(図示せず)で電気的に接続される。これにより、コネクタ10はアンテナ導体に電気的に接続され、かつ車両用窓ガラスGに固定される。
本実施形態の給電部は、1つの給電部15aには、線状導体である主エレメント16aが接続され、もう一つの給電部15bには、線状導体である調整エレメント16bが接続される。そして、図1では、主エレメント16aが接続されている給電部15aに接続端子13aが、調整エレメント16bが接続されている給電部15bに接続端子13bがそれぞれ半田により接続されている。なお、請求項の接続端子とは接続端子13aのことを指している。
本実施形態のケース11は、例えばプラスチック等で形成されている。ケース11の内部は、図2に示すように、ケース11内部に樹脂等からなる充填材14が充填されて封止されている。ケーブル差込部12は、少なくともケーブルと基板20に実装された電気回路の出力端子と接続された信号出力端子(図示せず)を有する。本実施形態では、ケーブル差込部12にケーブルが差し込まれると、この信号出力端子を介して電気回路の出力信号がチューナユニットへ出力される。
本実施形態の接続端子13a、13bは、ケース11内で基板20に実装された電気回路と導通している。接続端子13a、13bは、車両用窓ガラスGに形成されたアンテナ導体の給電部15a、15bと接するように配置され、半田等により直接固定される。本実施形態のコネクタ10は、接続端子13a、13bがアンテナ導体の給電部15a、15bと接するように固定されることにより、基板20に実装された電気回路とアンテナ導体とが接続される。
本実施形態では、ケース11内部を充填材14で充填し封止することにより、ケース11の強度を向上させ、且つケース11内への水分等の浸透を防止することができる。さらに本実施形態では、ケース11内部に樹脂が充填されているため、接続端子13a、13bを半田付けにより車両用窓ガラスGに固定する際に発生する基板20上の半田の流動を防止することができる。
また本実施形態のコネクタ10は、半田により直接車両用窓ガラスGに固定されるため、コネクタ10を車両用窓ガラスGに強固に固定することができる。また本実施形態のコネクタ10は、コネクタ10を車両用窓ガラスGに固定するための保持部材や、コネクタ10を車両用窓ガラスGに着脱可能とする着脱部材等を必要としない。このため本実施形態のコネクタ10は、従来のコネクタと比べて小型化することができる。
次に、図3を参照して本実施形態の基板20の実装された電気回路について説明する。図3は、基板20に実装された電気回路を説明する図である。
本実施形態の基板20には、電気回路30が実装されている。電気回路30は、アンテナ導体から受信した受信信号を増幅する増幅手段であり、電源回路31、第1のインピーダンス整合回路32、第2のインピーダンス整合回路33、FMマッチング回路34、AMアンプ回路40を有する。
電源回路31は、電気回路30を構成する各回路に電源を供給する。第1のインピーダンス整合回路32は、接続端子13aを介して車両用窓ガラスGに設けられたアンテナ導体の主エレメント16aと接続されている。第1のインピーダンス整合回路32の後段にはAMアンプ回路40が接続されている。第1のインピーダンス整合回路32は、車両用窓ガラスGに形成されたアンテナ導体の給電部15a、主エレメント16aの持つインピーダンスとAMアンプ回路40のインピーダンスとの整合を行う。
第2のインピーダンス整合回路33は、AMアンプ回路40とチューナユニットとの間に設けられ、AMアンプ回路40のインピーダンスと、チューナユニットのインピーダンスとの整合を行う。FMマッチング回路34は、AMアンプ回路40と並列に接続されていて、FM周期数帯域の信号を分離しマッチングを行う。これにより、AM信号だけでなく、FM信号もチューナユニットに送信することが可能になる。
尚本実施形態では、第1のインピーダンス整合回路32と第2のインピーダンス整合回路33とを有する構成としたが、これに限定されない。すなわち、第1のインピーダンス整合回路32と第2のインピーダンス整合回路33とを有していない構成であってもよい。また第1のインピーダンス整合回路32と第2のインピーダンス整合回路33のうち、何れか一方のみを有する構成であっても良い。
接続端子13bは、基板20に実装された電気回路30で接地と接続される。電気回路30の接地と調整エレメント16bとを導通させることにより、アンテナ導体の受信感度を調整することができる。また、接続端子13bはコンデンサ等の電気部品を介して電気回路30の接地と接続することも出来る。特に5pF〜100pFのコンデンサを介して設置した場合にはAM周波数帯では高いインピーダンス、FM周波数帯では低いインピーダンスとなる為に、主エレメント16aと調整エレメント16bを近接させた状態でもAMの性能を低下させること無くFMの特性を調整できる効果がある。なお、充分な受信感度が得られるのであれば、調整エレメント16bは設けなくてもよい。
AMアンプ回路40は、アンテナが受信したAM信号を増幅する。以下に図4を参照して本発明のAMアンプ回路40について説明する。図4は、AMアンプ回路40を示す回路図である。
本発明のAMアンプ回路40では、電界効果トランジスタ(Field effect transistor:以下FETという)を並列接続して構成することにより、各FETの消費電流を低減し、各FETの発熱を抑制することができる。このため電気回路30を基板20上に密集させた場合にも、基板20の温度上昇を抑制することができ、基板20の小型化に貢献することができる。
AMアンプ回路40は、FET1、FET2、抵抗R1、R3、R4、コイルL1、L2、L3、コンデンサC1、C2、C3を有する。FET1は第1の電界効果トランジスタであり、FET2は第2の電界効果トランジスタである。
FET1、FET2は並列に接続されている。FET1のゲートとFET2のゲートとは入力端子T1と接続されている。入力端子T1は、第1のインピーダンス整合回路32の出力端子と接続されており、アンテナ導体で受信されたAM信号が入力される。FET1のソースには、コイルL2の一端とコンデンサC2の一端とが接続されている。コイルL2の他端は抵抗R3を介して接地されている。コンデンサC2の他端は接地されている。
FET2のソースには、コイルL3の一端とコンデンサC3の一端とが接続されているコイルL3の他端は、抵抗R4を介して接地されている。コンデンサC3の他端は接地されている。
またFET1、FET2のドレインは、コイルL1の一端とコンデンサC1の一端に接続されている。コイルL1の他端は、電源回路31と接続された電源端子T2及び抵抗R1の一端と接続されている。コンデンサC1の他端は、FET1及びFET2のゲートに接続されている。
抵抗R1の他端は、FET1及びFET2のゲートに接続されている。よってFET1及びFET2のゲートには、第1のインピーダンス整合回路32の出力信号が入力される。FET1のドレインとFET2のドレインとはドレイン接続点で接続されており、ドレイン接続点はAMアンプ回路40の出力端子T3と接続されている。出力端子T3は、第2のインピーダンス整合回路33の入力端子と接続される。
本発明のAMアンプ回路40では、このように2つのFETを並列に接続することにより、入力端子T1から入力された信号をFET1及びFET2の二つのFETにより増幅することになる。よってFET1及びFET2それぞれに係る負荷を半減することができ、それぞれの消費電流を半減させることができる。したがって、信号を1つのFETで増幅する場合と比較して、FETの発熱を分散させることができる。またAMアンプ回路40では、発熱が分散するので、許容損失までの余裕をもたせながらFET1及びFET2を動作させることができる。
また本発明のAMアンプ回路40では、AMアンプ回路40のゲインも、FET1及びFET2の2つのFETを用いて得られれば良い。このため1つのFETで増幅する場合と比較して、1つのFETにかかる負荷を半減させることができる。また例えばコネクタ10が固定された車両が強電界の地域へ移動した場合にも、アンテナ導体から受信したAM信号はFET1とFET2とに分散されて入力される、強電界においてAMアンプ回路40の出力を歪みにくくすることができる。
したがって本発明では、AMアンプ回路40の発熱を抑制するために基板20の面積を広くしたり、基板20の放熱のためにコネクタ10内に通気孔を設けたりすることなく、基板20の発熱を抑制することができる。したがってコネクタ10を小型化することもできる。また、温度変化に対応可能なコネクタを搭載することにより、アンテナ導体から安定して電波を受信することが可能な車両用窓ガラスを提供することができる。
本発明のコネクタ10では、上記構成により、AMアンプ回路40の動作保証温度範囲を−40℃〜105℃とすることができる。したがって本発明のコネクタ10は、車両用窓ガラスGに固定された際に、車両の外部環境の変化にも耐え得る耐久性を得ることができる。
以下に、本発明の基板20と他社の基板とを比較して、本発明の効果をさらに説明する。
以下の説明は、本発明の基板20と、A社の基板、B社の基板をそれぞれ環境温度25℃の室内に配置し、各基板に13.2Vの電圧を10分以上印加した状態で各基板の温度をサーモトレーサで測定した結果に基づくものである。
尚A社、B社の基板は、回路構成は不明であるが車両用窓ガラスに形成されたガラスアンテナ用のアンプであり、車両ボディにネジ止めする方式のアンプの基板である。
まず本発明の基板20での結果について説明する。本発明の基板20の表面において最も高い温度は51.6℃、最も低い温度は28.5℃、平均温度は36.0℃であった。また基板20の裏面において最も高い温度は45.1℃、最も低い温度は28.4℃、平均温度は36.4℃であった。尚表面とは電気回路30の内、大型の部品やコネクタが搭載されている面であり、裏面とはこれと反対側の面である。また本発明の基板20の大きさは、29mm×10.6mmであった。
次にA社の基板の結果について説明する。A社の基板の表面において最も高い温度は60.8℃、最も低い温度は28.4℃、平均温度は35.5℃であった。A社の基板の裏面において最も高い温度は50.1℃、最も低い温度は28.4℃、平均温度は35.5℃であった。またA社の基板の大さきは、67mm×20mmであった。
次にB社の基板の結果について説明する。B社の基板の表面において最も高い温度は60.8℃、最も低い温度は28.5℃、平均温度は40.1℃であった。B社の基板の裏面において最も高い温度は67.2℃、最も低い温度は28.4℃、平均温度は39.9℃であった。またB社の基板の大きさは、57mm×18mmであった。
以上の測定結果から、本発明の基板20は、他社の基板と比較して小型化されていることがわかる。また本発明の基板20は、表面、裏面共に、最も高い温度及び最も低い温度が他社の温度と比較して低いことがわかる。尚、最も低い温度についても、本発明の基板20は他社の基板の温度と比較して低い。
以上、各実施形態に基づき本発明の説明を行ってきたが、上記実施形態に示した要件に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することができ、その応用形態に応じて適切に定めることができる。
本発明は、車両用窓ガラスに固定されるコネクタに利用可能である。
10 コネクタ
11 ケース
12 ケーブル差込部
13 固定部
20 基板
30 電気回路
31 電源回路
32、33 整合回路
40 AMアンプ回路

Claims (12)

  1. 車両用窓ガラスに固定され、前記車両用窓ガラスに設けられたアンテナ導体と接続されるコネクタであって、
    前記アンテナ導体と電気的に接続させる接続端子と、
    該接続端子を介して送られる前記アンテナ導体が受信した受信信号を増幅する増幅手段と、
    前記増幅手段により増幅された増幅信号を車両に搭載された通信装置へ出力する信号出力端子と、を有し、
    前記増幅手段は、
    第1の電界効果トランジスタと、第2の電界効果トランジスタと、
    前記第1の電界効果トランジスタのドレインと前記第2の電界効果トランジスタのドレインとのドレイン接続点に接続されて電源電圧を給電する電源回路と、
    を有し、
    前記第1の電界効果トランジスタのソース側と前記第2の電界効果トランジスタのソース側とが接地されており、
    前記第1の電界効果トランジスタのゲートと前記第2の電界効果トランジスタのゲートとのゲート接続点に前記アンテナ導体が受信した前記受信信号が供給され、
    前記第1の電界効果トランジスタのドレインと前記第2の電界効果トランジスタのドレインとのドレイン接続点から前記増幅信号が出力されることを特徴とするコネクタ。
  2. 前記増幅回路は、前記接続端子と前記ゲート接続点との間に接続された第1のインピーダンス整合回路を有し、
    前記ゲート接続点には、前記第1のインピーダンス整合回路を介して前記受信信号が供給される請求項1に記載のコネクタ。
  3. 前記増幅手段は、前記ドレイン接続点と前記信号出力端子との間に接続される第2のインピーダンス整合回路を有し、
    前記増幅信号は、前記第2のインピーダンス整合回路を介して前記信号出力端子から出力される請求項1または2に記載のコネクタ。
  4. 前記増幅手段は周囲を覆うケースを有し、
    前記ケースには樹脂が充填されている請求項1から3のいずれかに記載のコネクタ。
  5. 前記信号出力端子は、前記通信装置に接続された通信ケーブルと着脱可能なケーブル差込部を有する請求項1から4のいずれかに記載のコネクタ。
  6. 前記増幅手段は、AM信号を増幅する請求項1から5のいずれかに記載のコネクタ。
  7. アンテナ導体と、該アンテナ導体に接続されるコネクタとを備えた車両用窓ガラスにおいて、
    前記コネクタは、
    前記アンテナ導体と電気的に接続される接続端子と、該接続端子を介して送られる前記アンテナ導体で受信した受信信号を増幅する増幅手段と、前記増幅手段により増幅された増幅信号を車両に搭載された通信装置へ出力する信号出力端子と、
    を有し、
    第1の電界効果トランジスタと、第2の電界効果トランジスタと、
    前記第1の電界効果トランジスタのドレインと前記第2の電界効果トランジスタのドレインとのドレイン接続点に接続されて電源電圧を給電する電源回路と、
    を有し、
    前記第1の電界効果トランジスタのソース側と前記第2の電界効果トランジスタのソース側とが接地されており、
    前記第1の電界効果トランジスタのゲートと前記第2の電界効果トランジスタのゲートとのゲート接続点に前記アンテナ導体が受信した前記受信信号が供給され、
    前記第1の電界効果トランジスタのドレインと前記第2の電界効果トランジスタのドレインとのドレイン接続点から前記増幅信号が出力されることを特徴とする車両用窓ガラス。
  8. 前記増幅回路は、前記接続端子と前記ゲート接続点との間に接続された第1のインピーダンス整合回路を有し、
    前記ゲート接続点には、前記第1のインピーダンス整合回路を介して前記受信信号が供給される請求項7に記載の車両用窓ガラス。
  9. 前記増幅手段は、前記ドレイン接続点と前記信号出力端子との間に接続される第2のインピーダンス整合回路を有し、
    前記増幅信号は、前記第2のインピーダンス整合回路を介して前記信号出力端子から出力される請求項7または8に記載の車両用窓ガラス。
  10. 前記増幅手段は周囲を覆うケースを有し、
    前記ケースには樹脂が充填されている請求項7から9のいずれかに記載の車両用窓ガラス。
  11. 前記信号出力端子は、前記通信装置に接続された通信ケーブルと着脱可能なケーブル差込部を有する請求項7から10のいずれかに記載の車両用窓ガラス。
  12. 前記増幅手段は、AM信号を増幅する請求項7から11のいずれかに記載の車両用窓ガラス。
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