JP3985270B2 - ガラスアンテナ - Google Patents
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Description
このガラスアンテナでは、前記アンテナパターンの縦方向の最大長さが目標受信周波数帯に対応し、横方向の最大長さが帯域の広がりに対応するようになっている。視認性を確保するため、前記アンテナパターンの縦方向の最大長さyを、UHF帯域の受信周波数λ及び前記フロントウインドガラスのガラス短縮率αから算出されるλ/4・αよりも短く設定するが、前記アンテナパターンを枠状として、その横方向の最大長さxを、x+y≦60cmの範囲で縦方向の最大長さyよりも長く設定し、かつ、UHF帯域に加えてVHF帯域も受信できるように設定することで受信帯域を広げて受信性能も確保する。
また、本発明によれば、自動車のフロントウインドガラスの上部に展着され、アンテナパターンに給電するフィーダ線のシールド線が前記アンテナパターンに接続されずに車体に接地されるガラスアンテナであって、前記アンテナパターンが、上辺部と、下辺部と、左右の側辺部と、を有する、枠状に形成され、前記アンテナパターンの縦方向の最大長さyを、10cm以下に設定する一方、前記アンテナパターンの横方向の最大長さxを、x+y≦60cmの範囲でUHF帯域に加えてVHF帯域も受信できるように設定し、更に、実質的に給電点として機能する給電部を前記上辺部に設けたことを特徴とするガラスアンテナが提供される。
このガラスアンテナでは、前記最大縦方向の長さyを10cm以下とすることで視認性を確保する。前記縦方向の最大長さyを10cm以下とした場合、受信周波数帯はUHF帯となるが、前記最大横方向の長さxにより受信帯域幅を調整し、x+y≦60cmの範囲でUHF帯域に加えてVHF帯域も受信できるように設定することで、受信性能を確保する。
図1には、本発明の第1実施形態にかかるガラスアンテナが適用されたフロントガラスウインド100が車両の前方外部からの見た状態で示されている。即ち、図1の右側は車内のドライバの左側に、左側はドライバの右側に相当する。
y≦λ/4・α … (1)
60cm−y≧x … (2)
である。(2)式の意味するところ(xとyの和が60cmを越えないこと)は後述するが、(1),(2)式に従ってアンテナの大きさを設定することで適正な受信感度を確保できる。
更に、ウインド上方(あるいは下方)にアンテナ20,30を設ける場合には、次の様にしてアンテナの横方向の幅を決定する。即ち、フロントウインドガラスが車体にとりつけられた状態では周囲にセラミックコートやモールが存在することになる。それらコートやモールによって視界が妨げられない部分の上端から下方に10cmまでのウインド周辺に沿った領域ではガラスアンテナの幅については法上の規制はない。従って、幅方向のアンテナの大きさは、規制とは無関係に目的の周波数帯及び受信感度に応じて決めることができる。しかしながら、アンテナの上下方向長さが上記上端から下方に10cmを超えるような場合には、そのアンテナを上記ガラス中央部の幅66mmの範囲内に納めるようにする。即ち、アンテナ下端部分から、前記上端から下方に計って10cmのアンテナ部分の位置までを66mmの幅とするのが好ましい。
x1’>70mm …(3)
Ly’>70mm …(4)
に設定すれば、車検証シールはアンテナ10のループ内に収まることになる。車検証シールは定期的に交換することが義務づけられているが、(3),(4)式を満足すれば、アンテナ10の導線が車検証シールを貼る位置と重なることがなくなり、シールを交換するに際してアンテナ線が不要に引き剥がされることはない。
x3’=y3’>S
ならば、定期点検シールの張り替えがアンテナ30の導線を不用意に引き剥がすことがなくなる。実際に車検証シール、定期点検シールが貼られた車両にアンテナパターンを設定すると図2のようになる。
第1実施形態のガラスアンテナはフロントガラスに設けられるが故に、簡易に取り付けられることが好ましい。このために、アンテナ10,20,30は粘着シールから剥がしてガラスウインドに取り付けることになる。
図3〜図5に示された3つのアンテナのガラスウインド面への展着方法には種々の手法がある。形状および展着位置が固定であれば、工場において、周知の方法で、薄板状の導線を付着させる。この場合には、給電のための導線の配線は視界の妨げにならない最良の位置に設定することが可能となる。また、接地線も接地抵抗が最も少ないように車体に接続することが可能である。
第1実施形態のガラスアンテナは、3つともアースが必要なアンテナである。一般ユーザがアンテナを設置するときはアースの取り付け方が問題になる。通常、自動車の車体を構成する鉄板は非導電性の塗料で保護されているからである。そこで、この第1実施形態では、自動車のルーフの鉄板と天井クッション材との間にわずかの空隙があることを利用して、図7に示したようなアース板40を挿入することを提案する。このアース板40を図8に示すように、自動車のルーフの鉄板と天井クッション材との間に挿入する。図8においては説明の便宜上アンテナ10のみを図示しているが、アース板40はアダプタ50を介してこのアンテナ10に接続されている。
図14〜図29は、アンテナ10を例にして、アンテナ10の高さ(=y)を或る値に設定して、幅xを色々と変えたときの、FMラジオ及びTVのVHF帯における受信電波の周波数に対する平均受信感度を示す。
例えば、図14は、高さyを5cmに固定して、幅xを0.5cmに設定したときの受信感度を曲線Iによって表わし、幅xを2cmに設定したときの受信感度を曲線IIによって表わし、幅xを5cmに設定したときの受信感度を曲線IIIによって表わし、幅xを10cmに設定したときの受信感度を曲線IVによって表わし、幅xを15cmに設定したときの受信感度を曲線Vによって表わし、幅xを25cmに設定したときの受信感度を曲線VIによって表わし、幅xを30cmに設定したときの受信感度を曲線VIIによって表わし、幅xを40cmに設定したときの受信感度を曲線VIIIによって表わし、幅xを50cmに設定したときの受信感度を曲線VIIIIによって表わし、幅xを60cmに設定したときの受信感度を曲線Xによって表わす。また、図15は、上記10本のテスト結果を表わす曲線を、評価周波数範囲内で平均化したものである。
図18のグラフ(y=15cm)に対して図19の平均受信感度の表が対応する。
図20のグラフ(y=20cm)に対して図21の平均受信感度の表が対応する。
図24のグラフ(y=30cm)に対して図25の平均受信感度の表が対応する。
図26のグラフ(y=35cm)に対して図27の平均受信感度の表が対応する。
最大λ/4・α
の長さまで実用的な感度が得られることである。
又、図14〜図29の傾向を概括すると、x≒yでは受信感度は低いものの、x>yまたはx<yの時は受信感度は相対的に高くなっている。即ち、縦方向長さ、即ち高さyが0〜λ/4・αの範囲で横方向長さxに比して相対的に短いとき(y<x)は、高い周波数領域で、しかも幅xが広い範囲で良好な受信感度が得られる。一方、yが0〜λ/4・αの範囲で相対的に長いとき(y>x)は、相対的に低い周波数領域で、しかも幅xが広い範囲で良好な受信感度が得られる。さらに、
8cm≦y≦40cm
x≦30cm
の範囲では、TVのVHF帯を中心とする周波数帯において理想的な受信感度が得られること、また、幅xを変化させることで受信感度を確保できる帯域が変化していることがわかる。さらに、xとyの和が60cmを超えると、受信感度が低下しているのがわかる。
7cm≦x≦30cm、
7cm≦y≦10cm
がさらに好ましい。
5cm=曲線I、10cm=曲線II、15cm=曲線III、20cm=曲線IV、
25cm=曲線V、30cm=曲線VI、35cm=曲線VII、40cm=曲線VIII
である。さらに、図53,図54はy=5cmの時、図55,図56はy=10cmの時を示す。
5cm≦x≦40cm
y≦10cm
の設定が好ましくは、受信感度を確保するためにyの下限として、
3cm≦y≦10cm
とするのがよい。
x+y=60cm
である。これは前述した、受信感度を確保するための幅xと高さyの和の臨界値が60cmであることを式で示したもので、線分ABとx軸、y軸とに囲まれる領域は、
x+y≦60cm
と表される。
図31〜図50は、給電点の位置をアンテナの導体辺の中央においたときと端部においたときとで、受信感度がどのように変化するかを示したものである。各グラフにおいて、実線は給電点を端部に、波線は給電点を中央部においたことを示す。また、グラフ中の数字は評価周波数範囲内での平均感度を示す。
〈寸法の設定〉…第1実施形態
前述したような、運転手の視界確保要件、および受信感度と帯域の広がりを両立しつつ、実際の車両のフロントウインドウに設けられるアンテナの寸法の設計方法について説明する。
アンテナの縦の長さは受信周波数の波長をλ、ガラス短縮率をαとすると、λ/4・αによってほぼ決定される。
第1実施形態では、図1におけるアンテナ10,20,30はα=0.6としてそれぞれ225MHzを狙った20cm、562.5MHzを狙った8cm、692.3MHzを狙った6.5cmにそれぞれ設定している(図3〜図5)。
横寸法は前述したように受信感度の確保できる帯域の広がりに影響する。傾向として幅を広げるほど帯域は広がるものの、広くなり過ぎると受信感度は下がる。その限界は縦寸法yと横寸法xの和が60cm(x+y=60)となる長さである。
また、アンテナ30は、8cm×8cmで定期点検シールを囲める大きさであり、受信帯域は、縦寸法と横寸法の最大値によって決定され、形状には依存しないので丸形とし、定期点検シールを囲む位置に設置する。
第1実施形態のフロントガラスに設けられたアンテナ10は、VHF周波数帯の受信を主目的に、図3のように縦長の凸形状をしていた。これから説明する第1変形例は、同じ周波数帯の電波受信を目的にして図57のように横長の凹型形状をしているアンテナ110である。即ち、このアンテナ110の寸法は、
x1=22cm、
y1=9cm、
Ly=8cm
としている。
λ=(4y/α)
に相当し、この波長はUHF帯のTV電波である。第1変形例のアンテナは枠状アンテナの一種であり、枠状アンテナの特性として、その横長xを長くとることにより周波数帯の帯域を広げることができるという性質がある。そこで、第1変形例では、横長xを十分に長く、例えば、22cmに設定することにより、VHF帯域にも受信帯域を拡張することに成功している。
〈第1実施形態の第2変形例〉
この第2変形例は、FM帯域を対象にしたアンテナ120である。第1実施形態ではTV用とFM用アンテナとしてアンテナ10があったが、この第2変形例では、ラジオのFM電波やVICS(Vehicle Information & Communication System)用の電波をダイバーシテイで受信することを目的としている。
この第2変形例の設計思想は、第1変形例のそれと基本的に同じであるが、FM受信を主目的にするために、横幅xを(1),(2)式(さらに、x=7〜10cm)を満足する範囲で最大限に長くしている。
図67に、第2変形例のアンテナ120のFM電波領域での受信感度特性を示す。この時、平均感度Pw-AVは−10.5dBを示し、VICS用アンテナとして十分の性能を有していることが分かる。
x≧30cm、
7cm≦y≦10cm
となる。
〈アース板の改良〉
第1実施形態のアース板はクリップで挟む方法を採用しているために、アース板とクリップが外れやすい。この短所を改良したのが図68のアース板で、アースのリード線とアース板とを溶接している。
〈端開放型アース線〉…第1実施形態〜第3実施形態に共通
第1実施形態のアンテナは全て図7のような形状のアース板、または図68のアース板を用いていた。しかし、このようなアース板は、ユーザが簡単取り付け可能であるという長所を持つ反面、その取り付けに工数を要し、又、全ての車両に可能というわけでもない。
図69に開放型アース線を用いたフィーダ組体を示す。図中、150はジョイントボックスで、第1実施形態のアンテナ10,20,30などの端部11,21,31が挿入されるスリット155を有する。このボックス150には、フィーダ線152とアース線151が接続されている。フィーダ線にはノイズ取りなどの目的のためのフェライトコア53とコネクタ154が取り付けられている。コネクタ154は目的に応じてFMラジオまたはTVチューナまたはVICS用端末機(不図示)に接続される。
端開放型アースは、その端部160が解放されていることが特徴で、特に車体に接地されていることはない。端部が解放されていてもアースとしての機能を有する。その理由を図72〜図75を用いて説明する。
一方、図73〜図75は本発明の実施形態としての端開放型アース線の原理を説明する。図73のように、任意の長さの端開放型アース線の一端を解放すると、アース線151と車体金属とは伝送線路を形成する。このときのアース線上の電圧分布は、アース151に沿って図73の曲線171のようなカーブを有する。即ち、アース線上の電位は、次第に低下する傾向を有する。ここで、図74に示すように、アース線151の長さを受信電波の波長λの1/4に設定すると、線路上の電圧分布はカーブ173(図74)のようになり、伝送線路の性質から点172から見たこの伝送線路のインピーダンスは0となり、点172における電位は車体電位と等しくなる。即ち、図75に示すように、長さをλ/4に設定した端開放型アース線は、点172において車体に直接アースしたアース線と等価になる。
(λ/4)・δ …(5)
となる。
図76〜図81は、第1実施形態の凸型アンテナ10に端開放型アース線を接続して、90MHz〜230MHzの帯域のTV電波を受信した際に、端開放型アース線の長さを色々と変えたときのVSWR特性を示す。比較のために、図82に同アンテナ10と図11のアース板とを組み合わせたときのVSWR特性図を、図83に同アンテナ10にアースを設けないときのVSWR特性図を、図84に同アンテナ10を車体に直接アース(アース線の長さは15cm程度)したときのVSWR特性図を示す。ボデイへの直接アースもしくはアース板を設けることが、アースの機能を最大限に発揮させ得るという観点からみて最も好ましいとすれば、図82もしくは図84に示したVSWR特性がアンテナ10(図3)のためのアースとしては理想的であり、従って、このVSWR特性に最も近い図80若しくは図81の特性を有する端開放型アース線、即ち、長さ50cm〜60cmのアース線が好ましいということになる。
次に、端開放型アース線の受信感度に与える影響について説明する。
図85〜図92は、図3に示した凸型アンテナ10(図面上ではT型アンテナとも呼ぶ)の受信感度を示す。図85,図87,図89,図91において、曲線Iは端開放型アース線をアンテナ10に接続したときのアンテナ10の特性を、破線IIは比較対象のアース板(図7)をアンテナ10に接続したときのアンテナ10の特性を示す。特に、図85,図86は88〜110MHz帯の電波を受信するために端開放型アース線の長さを90cmに設定したときの受信感度を示し、図86から感度としては十分な平均感度−13.3dBを得ていることが分かる。また、図87,図88は170〜225MHz帯の電波を受信するために端開放型アース線の長さを53.5cmに設定したときの受信感度を示し、図88から感度としては十分な平均感度−12.3dBを得ていることが分かる。また、図89,図90は170〜225MHz帯の電波を受信するために端開放型アース線の長さを30cmに設定したときの受信感度を示し、図90から感度としては十分な平均感度−12.3dBを得ていることが分かる。また、図91,図92は470〜770MHz帯の電波を受信するために端開放型アース線の長さを20cmに設定したときの受信感度を示し、図92から感度としては十分な平均感度−17.4dBを得ていることが分かる。
図95は、470〜770MHz帯の電波を図4の長枠形状のアンテナ20により受信した場合の感度を示し、図中、実線Iは端開放型アース線の長さを10cmに設定し、破線IIはアース板を用いたときの特性を示す。
y≦α・λ/4
x≦60cm−y
を満たすように設定し、さらにウインドガラスの視界範囲上端から10cm位置よりも下方位置にある部分の幅を6.6cm以下に設定すれば、好ましいアンテナ装置とすることができることが分かる。
5cm≦x≦40cm
3cm≦y≦10cm
であることが好ましい結果を得た。
y≦α・λ/4
x≦60cm−y
であることが好ましい結果を得た。
この第2実施形態は、本発明のガラスアンテナをサイドガラスに適用するものである。特にワゴン型の車両の場合にはサイドガラスは開け閉めされることがなく、そこにガラスアンテナを設けても問題はない。また、VICS用のアンテナはTV用のアンテナとは別個に設ける必要があるために、VICS用アンテナを第1実施形態(図57)のようにフロントガラスに設けると、フロントガラスは多くのアンテナ線で占められてしまい、車両の種類によっては好ましくない場合がある。第2実施形態のアンテナは、VICS用アンテナをサイドガラスに設けるものである。
図97は第2実施形態の枠形状ガラスアンテナ200のサイドガラスへの取り付け状態を示す。図97のアンテナ200には、第1実施形態の端開放型アース線(図69)を接続した。図97のアンテナ200は、第1実施形態の枠形状アンテナの特徴を全て具備することになる。また、アンテナ200を端開放型アース線に接続することにより、第1実施形態の端開放型アース線の特徴を全て受け継ぐことになる。
x≦30cm
20cm≦y≦40cm
が第2実施形態のガラスアンテナに好ましい寸法となる。
図100〜図110は、第2実施形態のVICS用枠型アンテナ200に端開放型アース線を接続して、76MHz〜108MHzの帯域のTV電波を受信した際に、端開放型アース線の長さを色々と変えたときのVSWR特性を示す。比較のために、図99にアース無しの時の特性を、図111に同アンテナ200とアース板とを組み合わせたときのVSWR特性図を、図112に同アンテナ200を車体に直接アースしたときのVSWR特性図を示す。
〈第3実施形態〉
本発明の第3実施形態として、リアウインドガラス設けたガラスアンテナを提案する。この第3実施形態のガラスアンテナは、第1,第2実施形態に用いられた枠型アンテナをリアウインドガラスに展設するものである。
リアガラス253にはデフォッガ254が展設され、デフォッガ254の車幅方向の中央には垂直にアンテナ導体線262が張られている。この導体262は、デフォッガ254の各熱線と垂直に交差すると共に直流的に接続されている。
同様に、VICS用のアンテナ270も導体アンテナ262と容量結合している。
即ち、アンテナ270,260,261の垂直方向の長さを一般的にyとし、長さLのアンテナ導体262によるアンテナ短縮率をωとすると、
20cm≦y+ω・L≦70cm
を満足するように、夫々のアンテナの縦方向yの長さを調整する。尚、容量結合が端開放型アース線についての詳細は本発明の発明者たちによる特願平6−205767号に詳細に説明されている。この場合、特にVICS用のアンテナ270については、前述の(1),(2)式を満足させると共に、図30に示された設計条件も満足させることが必要となる。すると、アンテナ270については、
x≦30cm
20cm≦y+ωL≦40cm
が好ましい寸法となる。
上記第1〜第3実施形態は、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で種々変形ができる。
(i):第1実施形態〜第3実施形態のガラスアンテナの形状は、凸型(T型)、長枠型、丸形であったが、本発明は枠形状であるアンテナであれば適用可能である。この場合、その枠は給電点近傍に存在すればよい。
(iii):第1実施形態〜第3実施形態に用いられる端開放型アース線は、フィーダ線と一緒に束ねられる形態で用いられるものであったが、本発明に適用されるアース線はそれに限定されず、例えば、端開放型アース線を薄く細いシート上の導体を用いて、この導体を端開放型アース線としてフィーダ線と離してガラス面上に展着しても良い。尚、フィーダ線のシールドと導体との接続はジョイントボックス内で行われる。この場合、アース線と車体のボデイとの間には、ガラス(短縮率α)が存在することになるので、(5)式に従って、この端開放型アース線の最適長は(λ/4)・αとなる。
Claims (2)
- 自動車のフロントウインドガラスの上部に展着され、アンテナパターンに給電するフィーダ線のシールド線が前記アンテナパターンに接続されずに車体に接地されるガラスアンテナであって、
前記アンテナパターンが、
上辺部と、下辺部と、左右の側辺部と、を有する、枠状に形成され、
前記アンテナパターンの縦方向の最大長さyを、UHF帯域の受信周波数λ及び前記フロントウインドガラスのガラス短縮率αから算出されるλ/4・αよりも短く設定する一方、前記アンテナパターンの横方向の最大長さxを、x+y≦60cmの範囲で縦方向の最大長さyよりも長く設定し、かつ、UHF帯域に加えてVHF帯域も受信できるように設定し、
更に、実質的に給電点として機能する給電部を前記上辺部に設けたことを特徴とするガラスアンテナ。 - 自動車のフロントウインドガラスの上部に展着され、アンテナパターンに給電するフィーダ線のシールド線が前記アンテナパターンに接続されずに車体に接地されるガラスアンテナであって、
前記アンテナパターンが、
上辺部と、下辺部と、左右の側辺部と、を有する、枠状に形成され、
前記アンテナパターンの縦方向の最大長さyを、10cm以下に設定する一方、前記アンテナパターンの横方向の最大長さxを、x+y≦60cmの範囲でUHF帯域に加えてVHF帯域も受信できるように設定し、
更に、実質的に給電点として機能する給電部を前記上辺部に設けたことを特徴とするガラスアンテナ。
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