JP2013255135A - アンテナシステム、及びアンテナアンプ - Google Patents

Abstract

【課題】アンテナが設けられた窓ガラスに導電性フィルムが形成された場合でも、アンテナの性能が低下することを抑制すること。
【解決手段】車両の窓ガラスに設けられるアンテナと、該アンテナとの間で、インピーダンス整合を行うインピーダンス整合回路とを備える。インピーダンス整合回路には、約８０Ωから約１２０Ωの入力インピーダンスが設定される。
【選択図】図１１

Description

本発明は、例えば、車両の窓ガラスに設けられるアンテナシステムに関する。

車両用の窓ガラス上にアンテナ導体を形成したガラスアンテナが知られている。

ガラスアンテナは、リアの窓ガラスの防曇用ヒータが形成された領域の上の領域に設けられることが多い。従って、アンテナ導体を形成できる面積は制限される。特に、複数の周波数帯域についてアンテナ導体を設ける必要がある場合には、その設計及び調整に手間を要する。

チョークコイルを用いることなく、ＡＭ／ＦＭ電波を高感度に受信することができる車両用ガラスアンテナ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−１６６４７０号公報

特に、外国では、熱暑感を低減するために、窓ガラスに遮熱フィルムを貼り付ける趣向がある。遮熱フィルムは、窓ガラス上にアンテナ導体が形成された後に付されることが多い。窓ガラスにアンテナ導体が設けられる場合、遮熱フィルムの影響により、ＡＭ／ＦＭアンテナの受信感度が低下する場合がある。ＡＭ／ＦＭアンテナの受信感度が低下することにより、弱電界でのラジオ聴感が悪化する。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、アンテナが設けられた窓ガラスに導電性フィルムが形成された場合でも、アンテナの性能が低下することを抑制することを目的とする。

開示の一実施例のアンテナシステムは、
車両の窓ガラスに設けられるアンテナと、
該アンテナとの間で、インピーダンス整合を行うインピーダンス整合回路と、
を備え、
前記インピーダンス整合回路には、約８０Ωから約１２０Ωの入力インピーダンスが設定される。

開示の一実施例のアンテナアンプは、
車両の窓ガラスに設けられるアンテナとの間で、インピーダンス整合を行うインピーダンス整合回路と、
前記インピーダンス整合回路の出力信号を増幅する増幅回路と
を備え、
前記インピーダンス整合回路には、約８０Ωから約１２０Ωの入力インピーダンスが設定される。

開示の実施例によれば、アンテナが設けられた窓ガラスに導電性フィルムが形成された場合でも、アンテナの性能が低下することを抑制することができる。

アンテナシステムの一実施例を示す図である。 アンテナの一実施例（その１）を示す図である。 アンテナの一実施例（その２）を示す図である。 遮熱フィルムの一実施例を示す図である。 アンテナ感度の変化（その１）を示す図である。 アンテナ感度の変化（その２）を示す図である。 アンテナ感度と、ミスマッチロス変化量を示す図である。 アンテナインピーダンスを示すスミスチャート（その１）を示す図である。 アンテナインピーダンスを示すスミスチャート（その２）を示す図である。 アンテナ感度と、ミスマッチロス変化量を示す図である。 アンテナアンプの一実施例を示す図である。 アンテナインピーダンスと、ミスマッチロスを示すスミスチャートを示す図である。

次に、本発明を実施するための形態を、以下の実施例に基づき図面を参照しつつ説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を用い、繰り返しの説明は省略する。

＜実施例＞
＜アンテナシステム＞
図１は、アンテナシステムの一実施例を示す。

アンテナシステム１００は、アンテナ１０２と、アンテナアンプ１０４とを備える。

アンテナ１０２は、ＡＭアンテナと、ＦＭアンテナとが含まれる。アンテナ１０２は、１又は複数の線状のアンテナであってもよい。アンテナ１０２は、車両の窓ガラス５０に設けられる。例えば、アンテナ１０２は、リアガラスに設けられるようにしてもよい。また、アンテナ１０２は、窓ガラス５０と一体形成されてもよい。また、アンテナ１０２が、窓ガラス５０の一主面上にプリントされることにより形成されてもよい。また、窓ガラス５０に防曇用ヒータ（デフォッガ）６０が設けられる場合には、アンテナ１０２は、窓ガラス５０上で、且つ防曇用ヒータ６０が設けられていない領域に設けられるようにしてもよい。

アンテナアンプ１０４は、アンテナ１０２と接続される。アンテナアンプ１０４は、アンテナ１０２からの信号を増幅する。アンテナアンプ１０４により増幅された信号は、チューナ（図示無し）に入力される。アンテナアンプ１０４は、車両のリアガラスのピラーに取り付けられてもよい。

図２、図３は、アンテナ１０２の一実施例を示す。また、図２、図３には、アンテナ１０２と、デフォッガ６０との間の間隔であるアンテナ−デフォッガ間隔が示される。

図２に示される例では、ＡＭアンテナと、ＦＭアンテナとが共用される。図２に示される例では、ＡＭアンテナと、ＦＭアンテナは、１又は複数の線状のアンテナである。例えば、ＡＭアンテナと、ＦＭアンテナは、櫛形の形状である。ＡＭアンテナと、ＦＭアンテナはＡＭ／ＦＭ端子１０６に接続される。ＡＭ／ＦＭ端子１０６は、アンテナアンプ１０４と接続される。

図３に示される例では、ＡＭアンテナと、ＦＭアンテナとが共用されない。つまり、ＡＭアンテナ１０２２と、ＦＭアンテナ１０２４とが別々に形成される。ＡＭアンテナ１０２２は１又は複数の線状のアンテナである。例えば、ＡＭアンテナは、櫛形の形状である。ＦＭアンテナ１０２４は、線状のアンテナである。ＡＭアンテナ１０２２はＡＭ端子１０８と接続され、ＦＭアンテナ１０２４はＦＭ端子１０９と接続される。ＡＭ端子１０８と、ＦＭ端子１０９は、アンテナアンプ１０４と接続される。

アンテナシステム１００のアンテナ１０２は、図２、図３のどちらであってもよい。また、アンテナ１０２の形状は、図２、図３に限られない。

図４は、窓ガラス５０に貼り付けられる遮熱フィルム１１０の一実施例を示す。図４には、一例として、リアガラスに、遮熱フィルム１１０が貼り付けられる場合を示す。リアガラスとは異なる窓ガラス５０に貼り付けられてもよい。

遮熱フィルム１１０の材料には、導電性のものが含まれる。つまり、遮熱フィルム１１０は、導電性フィルムである。但し、遮熱フィルム１１０には、非導電性の材料によりコーティングされているものもある。この場合でも、遮熱フィルム１１０の内部は、導電性フィルムである。

前述したように、遮熱フィルム１１０の材料には導電性のものが含まれる。このため、遮熱フィルム１１０を窓ガラス５０に貼り付けた場合に、アンテナ１０２、特にＦＭアンテナの感度が低下することがある。

図５、図６は、遮熱フィルム１１０を窓ガラス５０に貼り付けない場合のアンテナ感度と、貼り付けた場合のアンテナ感度とを示す。図５、図６において、横軸は周波数（ＭＨｚ）であり、縦軸はアンテナ感度（ｄＢμＶ）である。周波数は、主に外国でＦＭ放送に利用されている８８ＭＨｚ−１０８ＭＨｚの例について示す。８８ＭＨｚ−１０８ＭＨｚ以外の周波数帯についても同様である。アンテナ感度は、２種類のアンテナアンプ（アンテナアンプ１、アンテナアンプ２）について、それぞれ、水平偏波（Ｈ偏波）の電波、垂直偏波（Ｖ偏波）の電波について測定した。図５はアンテナアンプ１についてのものであり、図６はアンテナアンプ２についてのものである。

図５、図６によれば、アンテナアンプの種類に関係なく、窓ガラス５０に、遮熱フィルム１１０を貼り付けることにより、アンテナ感度が低下する。アンテナ感度の低下は、Ｈ偏波、Ｖ偏波の両方で見られる。

図７は、窓ガラス５０に、遮熱フィルム１１０を貼り付けた場合のアンテナ感度の低下量と、遮熱フィルム１１０を貼り付けた場合のミスマッチロス変化量を示す。図７によれば、アンテナアンプの違いにより、Ｈ偏波、Ｖ偏波ともに、感度低下量の差は、約２ｄＢである。この感度低下量の差は、遮熱フィルム１１０を貼り付けた場合のミスマッチロス変化量の差とほぼ一致する。

感度低下に関して、少なくとも２つの要因が想定される。

１つ目は、導電性の遮熱フィルム１１０が窓ガラス５０に貼り付けられることにより、導電性の物質とアンテナ１０２とが容量結合する。導電性の物質とアンテナ１０２とが容量結合することにより、アンテナ１０２本来の受信性能が妨害されることが想定される。窓ガラス５０の面上にプリントされたエレメントが最適な形状に調整されることにより、アンテナ１０２としての受信性能が確保される。アンテナエレメントと導電性の物質とが容量結合することにより、アンテナエレメントが一枚の導電性フィルムと短絡した状態となり、受信性能が低下する。

２つ目は、導電性の物質とアンテナ１０２とが容量結合することにより、アンテナ１０２のインピーダンスが変化し、アンテナアンプ１０４とのインピーダンスマッチングが悪化することが想定される。特に、ＦＭアンテナのインピーダンスと、アンテナアンプ１０４の入力インピーダンスとが整合するように調整される。ＦＭアンテナのインピーダンスが変化することにより、整合状態から不整合状態となる。整合状態から不整合状態となる結果、アンテナ１０２の感度低下につながる。

図８は、アンテナのインピーダンスを示すスミスチャートである。８８ＭＨｚ、９８ＭＨｚ、及び１０８ＭＨｚについて、インピーダンスがプロットされる。図８において、特性インピーダンスＺｏは７５Ωである。図８によれば、窓ガラス５０に遮熱フィルム１１０を貼り付けない場合（図８において破線で示す）には、約７５Ωを中心とする所定の領域に、インピーダンスをおさめることができる。また、図８によれば、窓ガラス５０に遮熱フィルム１１０を貼り付けた場合（図８において実線で示す）には、約７５Ωよりも大きい値のインピーダンスを中心とする所定の領域に、インピーダンスをおさめることができる。該値は、約８０Ωから約１２０Ωであり、さらに詳細には、約９０Ωから約１１０Ωである。

図９は、アンテナと、アンテナアンプ２との間のインピーダンスを示すスミスチャートである。８８ＭＨｚ、９８ＭＨｚ、及び１０８ＭＨｚについて、インピーダンスがプロットされる。図９において、特性インピーダンスＺｏは７５Ωである。図９によれば、窓ガラス５０に遮熱フィルム１１０を貼り付けない場合（図９において破線で示す）には、約７５Ωを中心とする所定の領域に、インピーダンスをおさめることができる。また、図９によれば、窓ガラス５０に遮熱フィルム１１０を貼り付けた場合（図９において実線で示す）には、約７５Ωよりも大きい値のインピーダンスを中心とする所定の領域に、インピーダンスをおさめることができる。該値は、約８０Ωから約１２０Ωであり、さらに詳細には、約９０Ωから約１１０Ωである。

図８、図９によれば、窓ガラス５０に遮熱フィルム１１０を貼り付けた場合のアンテナ感度低下量のアンテナアンプの違いによる差は、アンテナ１と、アンテナアンプ２との間のミスマッチロスの差に起因すると想定できる。アンテナアンプ２の方が、アンテナアンプ１よりも、窓ガラス５０に遮熱フィルム１１０を貼り付けた場合のアンテナとのミスマッチロスが小さいことが分かる。

図１０は、アンテナ−デフォッガ間隔を変化させた場合のアンテナと、アンテナアンプとの間のインピーダンスを示す。図１０の左図は、窓ガラス５０に遮熱フィルム１１０を貼り付けない場合のアンテナのインピーダンスを示す。図１０の右図は、窓ガラス５０に遮熱フィルム１１０を貼り付けた場合のアンテナのインピーダンスを示す。図１０では、８８ＭＨｚ、９８ＭＨｚ、及び１０８ＭＨｚについてインピーダンスがプロットされる。アンテナ−デフォッガ間隔を４０ｍｍ、５０ｍｍ、６０ｍｍ、８０ｍｍ、１００ｍｍの間で変化させた。

図１０の左図によれば、窓ガラス５０に遮熱フィルム１１０を貼り付けない場合、アンテナ−デフォッガ間隔が広くなるに従って、約７５Ωを中心として、インピーダンスの広がりが大きくなる。

図１０の右図によれば、窓ガラス５０に遮熱フィルム１１０を貼り付けた場合、遮熱フィルム１１０を貼り付けない場合と比較して、アンテナ−デフォッガ間隔が変化しても、インピーダンスの広がりは小さい。アンテナ−デフォッガ間隔によらず、インピーダンスは、約７５Ωより大きい値を中心とする所定の範囲に収束する。該値は、約８０Ωから約１２０Ωであり、さらに詳細には、約９０Ωから約１１０Ωである。従って、アンテナシステム１００では、アンテナアンプ１０４に設定する入力インピーダンスを、約１００Ωに設定するのが好ましい。アンテナ−デフォッガ間隔を４０ｍｍ、５０ｍｍ、６０ｍｍ、８０ｍｍ、１００ｍｍ以外の間隔とした場合でも同様の傾向である。

＜アンテナアンプ１０４＞
図１１は、アンテナアンプ１０４の一実施例を示す。図１１は、主にハードウェア構成が示される。アンテナアンプ１０４は、プリント基板に、抵抗、コイル、コンデンサ等が配置されることより実現されてもよい。また、アンテナアンプ１０４は、半導体集積回路（Integrated Circuit: IC）により実現されてもよい。

アンテナアンプ１０４は、ＡＭアンプ回路１０４２と、ＦＭアンプ回路１０４８とを有する。

ＡＭアンプ回路１０４２は、入力フィルタ１０４４と、ＡＭアンプ１０４６とを有する。

入力フィルタ１０４４は、アンテナ１０２と接続される。入力フィルタ１０４４は、アンテナ１０２からの信号の帯域制限を行う。具体的には、入力フィルタ１０４４は、ＡＭ帯の信号は通過させ、ＦＭ帯の信号は遮断する。

ＡＭアンプ１０４６は、入力フィルタ１０４４と接続される。ＡＭアンプ１０４６は、入力フィルタ１０４４からのＡＭ帯の信号を増幅する。

ＦＭアンプ回路１０４８は、インピーダンスマッチング回路１０５０と、入力フィルタ１０５２と、第１の利得制御回路１０５４と、第２の利得制御回路１０５６と、ＦＭアンプ１０５８とを有する。

インピーダンスマッチング回路１０５０は、アンテナ１０２と接続される。インピーダンスマッチング回路１０５０は、アンテナ１０２と、ＦＭアンプ回路１０４８との間でインピーダンス整合をとる。アンテナシステム１００では、主に、整合状態から不整合状態に変化することによるアンテナの感度を改善するために、インピーダンスマッチング回路１０５０の入力インピーダンスが第１の値になるように設定される。第１の値は、窓ガラス５０に遮熱フィルタ１１０を貼り付けた場合に収束する値であるのが好ましい。具体的には、第１の値は、約８０Ωから約１２０Ωであり、さらに詳細には、約９０Ωから約１１０Ωである。従って、第１の値は、約１００Ωに設定するのが好ましい。インピーダンスマッチング回路１０５０には、コイルや、コンデンサが含まれる。コンデンサやコイルの比率を調整することで、インピーダンスを約１００Ωに設定することができる。

入力インピーダンスが第１の値に設定されることにより、窓ガラス５０に遮熱フィルム１１０が貼り付けられたときのＦＭアンテナと、アンテナアンプ１０４との間のインピーダンス不整合によるアンテナ感度低下を軽減できる。

これまで、窓ガラス５０に遮熱フィルム１１０が貼り付けられること等により、アンテナのインピーダンスが変わる事態は想定されていなかった。このため、従来のＦＭアンプ回路への入力インピーダンスの規定値は、７５Ωを中心として広範囲に規定されている。７５Ωは、窓ガラス５０に遮熱フィルム１１０が貼り付けられない場合に収束する入力インピーダンスであってもよい。つまり、窓ガラス５０に遮熱フィルム１１０を貼り付けない状態で、アンテナ１０２のインピーダンスに合うように、アンテナアンプ１０４の入力インピーダンスがチューニングされる。窓ガラス５０に遮熱フィルム１１０が貼り付けられることによりアンテナのインピーダンスが大きく変化した場合、アンテナ１０２と、アンテナアンプ１０４との間でのミスマッチロスも大きくなり、感度低下量が大きくなる。

窓ガラス５０に遮熱フィルム１１０を貼り付けた場合のアンテナのインピーダンスが予め分かっていれば、ミスマッチロスが少なくなるように、アンテナアンプ１１０の入力インピーダンスを設定することができる。但し、アンテナのパターンは、車両の形状等により変わる場合があるため、車両毎にアンテナに合わせてアンテナアンプのインピーダンス調整を実施するのは、アンテナアンプの開発コストが上昇するため好ましくない。

ところが、検討結果から、窓ガラス５０に遮熱フィルム１１０を貼り付けた場合のアンテナのインピーダンスは、アンテナのパターンに依らず、約１００Ω付近に収束することを見いだした。

従って、ＦＭアンプ回路１０４８の入力インピーダンスを約１００Ωに設定する。ＦＭアンプ回路１０４８の入力インピーダンスを約１００Ωに設定することにより、窓ガラス５０に遮熱フィルム１１０を貼り付けた場合に、アンテナ１０２と、アンテナアンプ１０４との間のミスマッチロスを低減できる。さらに、車両が変わっても、窓ガラス５０に遮熱フィルム１１０を貼り付けた後のアンテナ１０２の入力インピーダンスは約１００Ωであるため、各車両のアンテナアンプ１０４に標準設計として展開できる。

入力フィルタ１０５２は、インピーダンスマッチング回路１０５０と接続される。入力フィルタ１０５２は、インピーダンスマッチング回路１０５０からの信号の帯域制限を行う。具体的には、入力フィルタ１０５２は、ＦＭ帯の信号は通過させ、ＡＭ帯の信号は遮断する。

第２の自動利得制御回路(Automatic Gain Control: AGC）１０５６は、入力フィルタ１０５２と接続される。第２の自動利得制御回路１０５６は、第１の自動利得制御回路１０５４からの信号の入力レベルに対して、利得が適切となるよう調整する。

ＦＭアンプ１０５８は、第２の自動利得制御回路１０５６と接続される。ＦＭアンプ１０５８は、第２の自動利得制御回路１０５６からの信号を増幅することにより無線信号に変換する。

第１の自動利得制御回路１０５４は、ＦＭアンプ１０５８の出力端子と接続される。第１の自動利得制御回路１０５４は、ＦＭアンプ１０５８から出力されるＲＦ信号を直流信号（ＤＣ信号）へ変換し、第２の自動利得制御回路１０５６へ入力する。

ミキサ１０６０は、ＡＭアンプ１０４６と、ＦＭアンプ１０５８と接続される。ミキサ１０６０は、ＡＭアンプ１０４６からの出力信号と、ＦＭアンプ１０５８からの出力信号とをミキシングする。ミキサ１０６０によりミキシングされた信号は、チューナ（図示無し）へ入力される。

図１２は、アンテナのインピーダンスのミスマッチロスを示す。図１２には＜従来例＞と＜本実施例＞について示される。＜従来例＞を破線により表し、＜本実施例＞を実線により表す。

＜従来例＞では、特性インピーダンス（約７５Ω）を中心として、電圧定在波比(Voltage Standing Wave Ratio: VSWR)が第１の電圧定在波比以下となるように設定した場合、ミスマッチロスを第１のミスマッチロス以下に抑えることができる。ミスマッチロスを第１のミスマッチロス以下に抑えることができるインピーダンスの範囲を破線により示す。

アンテナシステム１００の一実施例では、遮熱フィルム１１０を貼り付けた場合でも、遮熱フィルム１１０を貼り付けない場合と同様の特性を得るために、特性インピーダンス（約１００Ω）を中心とする円で、且つミスマッチロスを第１のミスマッチロス以下に抑えることができるインピーダンスの範囲に含まれるように、インピーダンスが設定される。このようにすることにより、ミスマッチロスを改善できる。

アンテナシステム１００の一実施例によれば、アンテナアンプ１０４のＦＭアンプ回路１０４８の入力インピーダンスが調整される。窓ガラス５０に遮熱フィルム１１０を貼り付け場合のアンテナのインピーダンスは、車両によりアンテナパターンが異なる場合でも、ほぼ一定の値に収束するため、アンテナアンプの入力インピーダンスを統一できる。つまり、アンテナアンプの入力インピーダンスを同じ値に設定しても問題は生じない。アンテナアンプの入力インピーダンスを統一できるため、実用に適している。

窓ガラスに遮熱フィルムを貼り付け場合に、アンテナのインピーダンスが収束する値にアンテナアンプの入力インピーダンスを設定することにより、窓ガラスに遮熱フィルムを貼り付けた場合のアンテナ感度の低下量を抑えることができる。

アンテナシステムの一実施例では、８８ＭＨｚから１０８ＭＨｚについて示したが、他の周波数帯についても同様に入力インピーダンスを設定できる。

以上、本発明は特定の実施例を参照しながら説明されてきたが、各実施例は単なる例示に過ぎず、当業者は様々な変形例、修正例、代替例、置換例等を理解するであろう。説明の便宜上、本発明の実施例に係る装置は機能的なブロック図を用いて説明されたが、そのような装置はハードウェアで、ソフトウェアで又はそれらの組み合わせで実現されてもよい。本発明は上記実施例に限定されず、本発明の精神から逸脱することなく、様々な変形例、修正例、代替例、置換例等が包含される。

５０ 窓ガラス
６０ デフォッガ
１００ アンテナシステム
１０２ アンテナ
１０４ アンテナアンプ
１０６ ＡＭ／ＦＭ端子
１０８ ＡＭ端子
１０９ ＦＭ端子
１１０ 遮熱フィルム
１０２２ ＡＭアンテナ
１０２４ ＦＭアンテナ
１０４２ ＡＭアンプ回路
１０４４ 入力フィルタ
１０４６ ＡＭアンプ
１０４８ ＦＭアンプ回路
１０５０ インピーダンスマッチング回路
１０５２ 入力フィルタ
１０５４ 第１の自動利得制御回路
１０５６ 第２の自動利得制御回路
１０５８ ＦＭアンプ
１０６０ ミキサ

Claims (4)

1. 車両の窓ガラスに設けられるアンテナと、
   該アンテナとの間で、インピーダンス整合を行うインピーダンス整合回路と、
   を備え、
   前記インピーダンス整合回路には、約８０Ωから約１２０Ωの入力インピーダンスが設定される、アンテナシステム。
2. 前記インピーダンス整合回路には、前記アンテナの入力インピーダンスを中心として、電圧定在波比が所定の値以下となる第１の範囲に含まれるように、前記設定される入力インピーダンスを中心とする電圧定在波比が設定される、請求項１に記載のアンテナシステム。
3. 前記インピーダンス整合回路の出力信号を増幅する増幅回路
   を有する、請求項１又は２に記載のアンテナシステム。
4. 車両の窓ガラスに設けられるアンテナとの間で、インピーダンス整合を行うインピーダンス整合回路と、
   前記インピーダンス整合回路の出力信号を増幅する増幅回路と
   を備え、
   前記インピーダンス整合回路には、約８０Ωから約１２０Ωの入力インピーダンスが設定される、アンテナアンプ。

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