JP3960285B2 - 車両用ガラスアンテナ - Google Patents

Description

本発明は、概して、車両において窓ガラスに形成されるガラスアンテナに係り、特に、デフォッガ熱線によりアンテナ地板領域を形成したガラスアンテナに関する。

車両において、窓ガラスに熱線（ヒート線）を配し、これに直流電流を流して発熱させることにより窓ガラスに付着した水蒸気による曇りを取り、視界を確保する曇り取り装置（いわゆるデフォッガ）が周知である。

また、車両用の通信アンテナとして、窓ガラスに薄く略平坦な導体パターンを配設し、これを車載のラジオやテレビ用のアンテナとして用いるいわゆるガラスアンテナも周知である。

デフォッガ及びガラスアンテナはいずれも典型的にはリアウィンドウに設けられる。しかしながら、隅々まで曇り取り効果を発揮させようとデフォッガの熱線をリアウィンドウに広く配設すると、ガラスアンテナを配設するエリアが限られてしまう。逆に、ガラスアンテナが占めるエリアが増えれば、デフォッガの熱線が配設されないため曇りを取ることができないエリアが増えてしまう。

このようなスペースの問題に対して、窓ガラスの水平方向に延在する複数のデフォッガ熱線と直角に交わるように新たに設けられた熱線の間隔を所望受信波の波長よりも十分に短くすることによって、これら複数のデフォッガ熱線を全体として所望受信波に対して単一の金属薄板と等価であると見なし、これと金属製の窓枠（車両ボディの一部）との間のギャップをスロットに見立てて給電することによって、スロット長を１波長とする周波数に共振するスロットアンテナを形成したガラスアンテナも提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２０００−１１４８３９号公報

しかしながら、上記特許文献１記載の従来のガラスアンテナでは、スロットの長さが窓枠一周の長さによって決まってしまうため、その固定的なスロット長で共振する周波数帯域でしかアンテナが動作せず、非常に限定された適用範囲しか持ち得ないという問題を有する。波長が比較的長いＡＭ・ＦＭラジオには利用可能であっても、波長が比較的短い携帯電話やテレビなどの用途には不向きである。

また、窓枠とデフォッガ熱線との間に適切なギャップが形成されていることが必要であるため、外観（デザイン）上の見栄えが損なわれると共に、曇り取り可能なエリアが狭まる。さらに、デフォッガ領域全体を単一な金属薄板とみなすため、新たにデフォッガ熱線と直角に交わる線路が必要となる。

本発明はこのような課題を解決するためのものであり、デフォッガにより曇りが取れるエリアを大幅に狭めることなく、様々な周波数帯域で動作可能し得る構造のガラスアンテナを提供することを主たる目的とする。

上記目的を達成するための本発明の第一の態様は、車両において窓ガラスに形成される車両用ガラスアンテナであって、上記窓ガラスの水平方向に延在するように所望受信波の半波長よりも短い間隔で略平行に設けられた複数の熱線によりアンテナ地板領域を形成した車両用ガラスアンテナである。

この態様において、所望受信波の半波長より短い間隔で並べられたデフォッガ熱線は電界の方向が水平な水平偏波に対しては金属薄板と等価に機能し、電波を通さないため、これを水平偏波受信用の磁流アンテナの地板として用いる。このアンテナ地板領域に形成されるアンテナは、例えば、スロット（ダイポール）アンテナ、スロットラインアンテナ、ノッチアンテナなどである。

この態様によれば、スロットの長さを任意に設定することによってガラスアンテナを様々な周波数帯域に適用させることが可能となる。

なお、この態様において、デフォッガ熱線を流れる直流電流が受信機等に悪影響を与えないように、アンテナ給電線に直流電流が流れ込まないようにする対策が施されることが好ましい。

この対策としては、ａ）アンテナ給電線の一端又は途中にコンデンサを設ける、ｂ）所望受信波の略半波長の長さを有し、形成されたアンテナと電磁結合する第一の導電部を設け、同軸ケーブルであるアンテナ給電線の芯線側を該第一の導電部に接続し、外皮側をコンデンサを介して上記アンテナ地板領域に接続する、ｃ）上記アンテナ地板領域における熱線用電極と電磁結合する第二の導電部を設け、同軸ケーブルであるアンテナ給電線の外皮側を上記第二の導電部に接続し、芯線側をコンデンサを介して上記アンテナ地板領域に接続する、又は、ｄ）所望受信波の略半波長の長さを有し、形成されたアンテナと電磁結合する第一の導電部と、上記アンテナ地板領域における熱線用電極と電磁結合する第二の導電部とを設け、同軸ケーブルであるアンテナ給電線の芯線側を上記第一の導電部に接続し、外皮側を上記第二の導電部に接続する、などの手法が考えられる。ここで、上記第二の導電部は、上記熱線用電極の一部を分離して形成されてもよい。

また、この態様において、各熱線に流れる直流電流の大きさがアンバランスにならないように、上記複数の熱線がそれぞれ略直角に接続されたアンテナスロットを構成する導電線の電気抵抗値を該複数の熱線と該導電線との各接続点間部分それぞれについて所定の値とすることが好ましい。この場合、上記アンテナ地板領域に形成されたのがスロットアンテナであって、且つ、上記導電線に接続される熱線の数が奇数であれば、例えば、該接続される熱線の中央の熱線の抵抗値を２分割した値を用いて上記所定の値を決定してもよい。

本発明によれば、デフォッガにより曇りが取れるエリアを大幅に狭めることなく、様々な周波数帯域で動作可能なガラスアンテナを提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら実施例を挙げて説明する。なお、デフォッガ、ガラスアンテナ、及びストッロアンテナ等のアンテナ、の基本的な構造やその作動原理等については当業者には既知であるため、便宜上詳しい説明を省略する。

本実施例に係るガラスアンテナの概略を図１を用いて説明する。図１は、本実施例に係るガラスアンテナのうちの１つのパターンが配設された車両用窓ガラスの概略外観図である。

窓ガラス１０１には、複数のデフォッガ熱線（ヒート線）１０２が水平方向に平行に配設されている。ここで、各熱線間の間隔は、所望受信波の半波長（λ／２）よりも短い（小さい）ものとする。これにより、波長λの水平偏波に対して、これらデフォッガ線は金属薄板と等価に機能する。

本実施例では、図示するように、デフォッガ熱線を利用して例えばスロットアンテナ１０３などの磁流アンテナを形成する。図では左右両端にそれぞれアンテナを形成しているが、いずれか一方でもよい。

図２は、本実施例において形成され得る３つのアンテナ種類の基本パターン示している。図２（ａ）はスロット（ダイポール）アンテナ、図２（ｂ）はスロットラインアンテナ、図２（ｃ）はノッチアンテナを形成した場合をそれぞれ示す。

いずれの場合においても、デフォッガ熱線２０１に直流電流を流すためのデフォッガ電極２０２と、デフォッガ熱線２０１と電気的に導通した導電線２０３とによって形成された空間（スロット）に、給電線である同軸ケーブル２０４から給電するものである。

（ａ）スロットアンテナの場合、スロット長を所望受信波の半波長（λ／２）と略等しくすることによって、所望の用途の（所望の周波数帯域の）アンテナとして機能させることができる。

同様に、（ｂ）スロットラインアンテナの場合は、閉じた方の半スロット長が１／４波長（λ／４）と略等しくすることで、（ｃ）ノッチアンテナの場合は形成されたスロットの長さを１／４波長（λ／４）と略等しくすることで、それぞれ所望の用途の（所望の周波数帯域の）アンテナとして機能させることができる。

なお、（ｂ）スロットラインアンテナの場合、図中Ａで示した部分のデフォッガ熱線は設けないように設計することも可能である。

図３は、本実施例において形成され得る３つのアンテナ種類について好ましいアンテナ形状を示している。図２と同様、図３（ａ）はスロットアンテナ、図３（ｂ）はスロットラインアンテナ、図３（ｃ）はノッチアンテナを形成した場合をそれぞれ示す。

図示するようにアンテナスロットの短辺の長さを伸ばすと、スロット内を長さの異なる複数の磁流が通るようになるため、アンテナ特性をより広帯域化することができる。なお、図示したスロット形状（特にスロットの縦横比）は一例に過ぎず、外観（デザイン）上の見栄えを考慮しつつ、任意の形状とすることができる。

ところで、図２及び３に例示したような本実施例に係るアンテナ構造では、電極２０２を通じてデフォッガ熱線２０１へ直流電流を流す際に、アンテナケーブル２０４にも直流電流が流れてしまうおそれがある。デフォッガ熱線２０１に流す直流電流は比較的大きい電流である場合が多く、アンテナケーブル２０４の先に取り付けられた受信機等の機器へ悪影響を与える可能性がある。

そこで、本実施例に係るガラスアンテナでは、同軸ケーブル２０４の芯線側をコンデンサを介して導電線２０３へ接続すると共に、同軸ケーブル２０４の外皮側をコンデンサを介して電極部２０２へ接続する。このように同軸ケーブル２０４にコンデンサを設けることによって、デフォッガ熱線２０１へ流すための直流電流が同軸ケーブル２０４に流れ込むことを防ぐことができる。

図５は、コンデンサを用いずに同様の機能を実現する変形例を示す。まず、スロット内部に導電線２０３と所定幅離間して配設され、アンテナと電磁結合する独立した導電線２０３ａを設ける。また、デフォッガ電極２０２の一部２０２ａを電極２０２から構造上切り離し、この一部２０２ａが残ったデフォッガ電極２０２と自動車のボディ（金属製の窓枠）４０１を介して電磁結合するように、電極の一部２０２ａを電極２０２から所定幅離間して配設する。このような電極の一部２０２ａは、例えば電極２０２に両者間のギャップとなる溝を設けることによって形成され得る。

このような構造を採用すれば、導電線２０３と独立導電線２０３ａとの間のギャップ、及び、電極２０２とその分離された一部２０２ａとの間のギャップがいずれもコンデンサと等価に機能し、直流電流を通さないため、コンデンサを設けずに同軸ケーブル４０２へ直流電流が流れ込むのを防ぐことができる。

また、図２及び３に示したような本実施例に係るアンテナ構造では、電極２０２を通じてデフォッガ熱線２０１へ直流電流を流す際に、上下方向中央付近の熱線２０１は、電極２０２と直接接続されておらず、直流電流は導電線２０３を通じて伝達されるため、導電線２０３の形状・長さ・抵抗値によっては、熱線２０１ごとに流れる直流電流の値が異なる状況も生じ得る。

そこで、本実施例では、均一な曇り取りを実現するために、各熱線２０１に流れる直流電流の大きさがアンバランスとならないための対策を講じる。

図６はこのようなバランス対策の一例を示す。図示するように、導電線２０３の線幅を熱線２０１に対して十分に太くし、電流が流れやすくすることによって、上下方向中央付近の熱線２０１にも電極２０２と直接接続された熱線２０１とほぼ同じ大きさの直流電流を流すことができる。

図７は上記バランス対策の別の一例を示す。この例は、（ｂ）スロットラインアンテナや（ｃ）ノッチアンテナなどの非対称構造のアンテナにおいて、各熱線２０１に流れる直流電流の大きさを揃えるものである。

ここでは、導電線２０３にＮ本の熱線２０１が接続されており、それぞれの抵抗値をＲ_０〜Ｒ_Ｎ−１とする。また、各熱線２０１と導電線２０３との接続点で区切られた導電線２０３上の各区間の抵抗値を図示するようにｒ_１〜ｒ_Ｎ−１とする。

この一対策例においては、導電線２０３の各区間の抵抗値ｒ_１〜ｒ_Ｎ−１を、抵抗値ｒ_１を規定値として、
ｒ_ｎ＝Ｒ_ｎ／ｎ−Ｒ_ｎ−１×Ｒ’_ｎ−１／（Ｒ_ｎ−１＋Ｒ’_ｎ−１） ・・・式（１）
となるように導電線２０３を設計する。但し、ここでｎの範囲は２≦ｎ≦Ｎ−１であり、Ｒ’_ｎ＝ｒ_ｎ＋Ｒ_ｎ−１×Ｒ’_ｎ−１／（Ｒ_ｎ−１＋Ｒ’_ｎ−１）であり、Ｒ’_ｎの初期値Ｒ’_０は、Ｒ’_０＝ｒ_１＋Ｒ_０である。

このように導電線２０３の抵抗値を上記区間ごとに式（１）の関係を満たす値となるようにすれば、各熱線２０１に流れ込む直流電流の大きさを均一にすることができる。

図８は上記バランス対策の更に別の一例を示す。この例は、（ａ）スロットアンテナなどの対称構造のアンテナにおいて、導電線２０３に偶数（２Ｎ）本の熱線２０１が接続されている場合に、各熱線２０１に流れる直流電流の大きさを揃えるものである。

ここでは、導電線２０３上の複数の区間のちょうど真ん中の区間の抵抗値をｒ_０とし、以下、順にスロット端まで各区間の抵抗値を左右対称に（図では上下対称に）ｒ_１〜ｒ_Ｎ−１とする。また、熱線２０１の抵抗値は、抵抗値ｒ_０の区間の両端に接続された中央の２本の熱線２０１の抵抗値をＲ_０として、以下、順にスロット端まで左右対称に（図では上下対称に）Ｒ_１〜Ｒ_Ｎ−１とする。

この一対策例においては、導電線２０３上において抵抗値がｒ_０である中央の区間には電流が流れないことに着目し、上記式（１）で表された関係が２Ｎ本の熱線２０１の半分（Ｎ本）、すなわち抵抗値がＲ_０〜Ｒ_Ｎ−１のＮ本ごとに実現するように導電線２０３を設計する。

図９は上記バランス対策の更に別の一例を示す。この例は、図９（ａ）に示すように、（ａ）スロットアンテナなどの対称構造のアンテナにおいて、導電線２０３に奇数（２Ｎ−１）本の熱線２０１が接続されている場合に、各熱線２０１に流れる直流電流の大きさを揃えるものである。

ここでは、真ん中の熱線（抵抗値Ｒ_０）を仮想的に２分割し、それらをつなぐ導電線２０３の区間（抵抗値ｒ_０＝０）を考える（図９（ｂ）参照）。分割後の中央の２つの熱線の抵抗値はそれぞれ元の抵抗値Ｒ_０の２倍であり、これを新たなＲ_０と定義し直す（新Ｒ_０＝旧Ｒ_０×２）。この新しいＲ_０を用いて、導電線２０３の各区間の抵抗値ｒ_１〜ｒ_Ｎ−１を、抵抗値ｒ_１を規定値とし、
ｒ_ｎ＝Ｒ_ｎ／（ｎ−０．５）−Ｒ_ｎ−１×Ｒ’_ｎ−１／（Ｒ_ｎ−１＋Ｒ’_ｎ−１） ・・・式（２）
となるように導電線２０３を設計する。但し、ここでｎの範囲は２≦ｎ≦Ｎ−１であり、Ｒ’_ｎ＝ｒ_ｎ＋Ｒ_ｎ−１×Ｒ’_ｎ−１／（Ｒ_ｎ−１＋Ｒ’_ｎ−１）であり、Ｒ’_ｎの初期値Ｒ’_０は、Ｒ’_０＝ｒ_１＋Ｒ_０である。

このように導電線２０３の抵抗値を上記区間ごとに式（２）の関係を満たす値となるようにすれば、各熱線２０１に流れ込む直流電流の大きさを均一にすることができる。

さらに、図２及び３に示したような本実施例に係るアンテナ構造では、図１０に示す補助導電線１００１のようにデフォッガ熱線１０２と直交する（すなわち縦）方向の導電線を加えることにより、本実施例に係るアンテナ１０３の特性を安定・向上させることができる。これは縦方向の導電線を加えるほど、デフォッガ熱線１０２群が金属薄板としての性質に近づくためと考えられる。

しかしながら、この縦方向の補助導電線１００１を増やすと、外観（デザイン）上の見栄えや運転者の視野確保を損なう。この点、本願発明者が得た知見によれば、この縦方向の補助導電線１００１を例えば補助導電線１００１ａのようにアンテナ１０３の近くに配置すれば、波長が短い高周波帯域でのアンテナ特性が改善され、例えば補助導電線１００１ｂのようにアンテナ１０３から離れて配置すれば、波長が長い低周波帯域でのアンテナ特性が改善されることが判明した。

したがって、図２及び３に示したような本実施例に係るアンテナを実施する場合には、実際のアンテナ仕様（及びデフォッガ仕様）においてアンテナ特性が比較的良好でない周波数帯域が存在すれば、その帯域におけるアンテナ特性を改善する位置（アンテナ１０３からの距離）にのみ縦方向の補助導電線１００１を設けることによって、本実施例に係るアンテナの特性をより向上させることができる。

このように、本実施例によれば、デフォッガ熱線が配設されるエリアを大幅に狭めず、外観（デザイン）上の見栄えを損なわず、リアガラス上のエリアを広く占有せず、且つ、任意の様々な周波数帯域で動作するように設計できるガラスアンテナを提供することができる。

これは、視界確保のためにデフォッガがリアガラスの上下端ギリギリまで配設されている車両（例えば、リアガラスが立っている（垂直に近い）ＲＶ車型などの車両）において、特に有益的である。

また、本実施例によれば、デフォッガ熱線２０１及びアンテナスロットを形成する導電線２０３を一体の導電体パターンとして例えばスクリーン印刷技術を用いて一度に形成することができるため、製造工程を簡素化できる。

また、本実施例によれば、デフォッガ熱線を流れる直流電流がアンテナケーブルを通じて受信機等へ流れ込むことを防止することができる。

さらに、本実施例によれば、デフォッガ電極に直接接続されていないデフォッガ熱線に流れる直流電流の大きさを均一にすることができる。

本発明は、車両用ガラスアンテナに利用できる。車両の外観、重量、サイズ、走行性能等は問わない。

本発明の一実施例に係るガラスアンテナの一パターンが配設された車両用窓ガラスの概略外観図である。 （ａ）本発明の一実施例において形成され得るスロットアンテナの基本形状を示す概略図である。（ｂ）本発明の一実施例において形成され得るスロットラインアンテナの基本形状を示す概略図である。（ｃ）本発明の一実施例において形成され得るノッチアンテナの基本形状を示す概略図である。 （ａ）本発明の一実施例において形成され得るスロットアンテナの好ましい形状を示す概略図である。（ｂ）本発明の一実施例において形成され得るスロットラインアンテナの好ましい形状を示す概略図である。（ｃ）本発明の一実施例において形成され得るノッチアンテナの好ましい形状を示す概略図である。 本発明の一実施例においてアンテナ給電線をコンデンサを介してアンテナに接続した様子を示す模式図である。 本発明の一実施例においてアンテナ給電線をコンデンサを介してアンテナに接続した様子を示す模式図である。 本発明の一実施例においてアンテナ導電線の線幅を太くした状態を示す概略図である。 本発明の一実施例においてアンテナ構造が非対称である場合の概略構成を示す模式図である。 本発明の一実施例においてアンテナ構造が対称で、アンテナに接続された熱線が偶数本である場合の概略構成を示す模式図である。 （ａ）本発明の一実施例においてアンテナ構造が対称で、アンテナに接続された熱線が奇数本である場合の概略構成を示す模式図である。（ｂ）図９（ａ）の場合において中央の熱線を仮想的に２分割した場合の概略構成を示す模式図である。 本発明の一実施例に係るガラスアンテナの一パターンが配設された車両用窓ガラスの概略外観図である。

符号の説明

１０１ 窓ガラス
１０２、２０１ デフォッガ熱線
１０３ アンテナ
２０２ デフォッガ電極
２０３ 導電線
２０４ 同軸ケーブル
１００１ 補助導電線

Claims (11)

1. 車両において窓ガラスに形成される車両用ガラスアンテナであって、
   前記窓ガラスの水平方向に延在するように所望受信波の半波長よりも短い間隔で略平行に設けられた複数の熱線によりアンテナ地板領域を形成し、
   前記アンテナ地板領域上に、前記複数の熱線に直流電流を流すための電極と、前記複数の熱線と電気的に導通した導電線とで囲まれ、アンテナ素子として機能するスロットを形成した、ことを特徴とする車両用ガラスアンテナ。
2. 請求項１記載の車両用ガラスアンテナであって、
   前記スロットがスロットアンテナとして機能するように前記導電線を配置した、ことを特徴とする車両用ガラスアンテナ。
3. 請求項１記載の車両用ガラスアンテナであって、
   前記スロットがスロットラインアンテナとして機能するように前記導電線を配置した、ことを特徴とする車両用ガラスアンテナ。
4. 請求項１記載の車両用ガラスアンテナであって、
   前記スロットがノッチアンテナとして機能するように前記導電線を配置した、ことを特徴とする車両用ガラスアンテナ。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項記載の車両用ガラスアンテナであって、
   一端又は途中にコンデンサを設けたアンテナ給電線が接続されたことを特徴とする車両用ガラスアンテナ。
6. 請求項１乃至４のいずれか一項記載の車両用ガラスアンテナであって、
   所望受信波の略半波長の長さを有し、形成されたアンテナと電磁結合する第一の導電部が設けられ、
   同軸ケーブルであるアンテナ給電線が接続され、
   前記同軸ケーブルの芯線側は前記第一の導電部に接続され、
   前記同軸ケーブルの外皮側は、コンデンサを介して前記アンテナ地板領域に接続される、ことを特徴とする車両用ガラスアンテナ。
7. 請求項１乃至４のいずれか一項記載の車両用ガラスアンテナであって、
   前記アンテナ地板領域における熱線用電極と電磁結合する第二の導電部が設けられ、
   同軸ケーブルであるアンテナ給電線が接続され、
   前記同軸ケーブルの外皮側は前記第二の導電部に接続され、
   前記同軸ケーブルの芯線側は、コンデンサを介して前記アンテナ地板領域に接続される、ことを特徴とする車両用ガラスアンテナ。
8. 請求項１乃至４のいずれか一項記載の車両用ガラスアンテナであって、
   所望受信波の略半波長の長さを有し、形成されたアンテナと電磁結合する第一の導電部と、
   前記アンテナ地板領域における熱線用電極と電磁結合する第二の導電部とが設けられ、
   同軸ケーブルであるアンテナ給電線が接続され、
   前記同軸ケーブルの芯線側は前記第一の導電部に接続され、
   前記同軸ケーブルの外皮側は前記第二の導電部に接続される、ことを特徴とする車両用ガラスアンテナ。
9. 請求項７又は８記載の車両用ガラスアンテナであって、
   前記第二の導電部は、前記熱線用電極の一部を分離して形成される、ことを特徴とする車両用ガラスアンテナ。
10. 請求項２乃至４のいずれか一項記載の車両用ガラスアンテナであって、
    前記複数の熱線がそれぞれ略直角に接続されたアンテナスロットを構成する導電線の電気抵抗値を該複数の熱線と該導電線との各接続点間部分それぞれについて所定の値とする、ことを特徴とする車両用ガラスアンテナ。
11. 請求項１０記載の車両用ガラスアンテナであって、
    前記アンテナ地板領域にスロットアンテナが形成され、且つ、前記導電線に接続される熱線の数が奇数の場合、該接続される熱線の中央の熱線の抵抗値を２分割した値を用いて前記所定の値を決定する、ことを特徴とする車両用ガラスアンテナ。

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