JP4024634B2 - 車両用ガラスアンテナ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、円偏波の電波を高効率で受信できるマイクロ波用ガラスアンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車用の無線通信に主としてＧＰＳ（Global Positioning System、全地球無線測位システム）、ＸＭＳＲ（XM Satellite Radio、衛星ラジオ局）、ＶＩＣＳ（Vehicle Information Communication System、道路交通情報通信システム）、ＥＴＣ（electronic toll collection、電子料金徴収システム）等のマイクロ波帯の電波が積極的に使用されているが、マイクロ波帯の電波はマルチパスに弱く、また降雨による影響を受け易い等の欠点がある。
【０００３】
このため、衛星から電波を受信する衛星通信など、マイクロ波帯の電波を自動車のガラスアンテナで受信する場合、この降雨による影響を軽減させるために、円偏波を用いることが多いのが現状である。
【０００４】
従来、ＧＰＳ衛星等の円偏波の衛星電波を自動車等で受信する場合、自動車のボディ上に厚さ十数ミリ程度の肉厚で、直径数十ミリの大きさのマイクロストリップアンテナ（パッチアンテナ）を装着していたが、ボディから突起しているだけでなく、配線も露出するため、美観も損ねており、このため、自動車の窓ガラス面に設けるガラスアンテナが要望されるようになった。
【０００５】
円偏波を受信するガラスアンテナとしては、２つのアンテナを直交するように配置し、片側の位相を９０°遅らせて給電し、円偏波を励振させる位相差給電法と呼ばれる円偏波の励振方法がある。
【０００６】
例えば、円偏波の電波を受信するアンテナを自動車の窓ガラス上に備えた窓ガラスアンテナ装置において、対称軸とした垂線に対して左右に所定の距離で配置した２点から、導体パターンにより、９０°の角度、受信電波の１／４波長の長さで上方に拡張して形成した第１のアンテナパターンおよび第２のアンテナパターンと、接地パターン内部で前記２点間を接続し、受信電波の１／４波長の長さで ループ状に形成した位相調整手段を備えたことを特徴とする窓ガラスアンテナ装置が記載されている（特許文献１）。
一方、マイクロストリップアンテナを用いて円偏波を励振させるために、縮退分離法と呼ばれる円偏波の励振方法がある。これは、例えば、長方形のパッチアンテナを考え、それぞれの辺の長さａ、ｂに対応する２つの共振周波数ｆ１、ｆ２の中央部付近の周波数ｆＣでそれぞれの辺の共振が共に生じるように、パッチの対角線上で励振し、円偏波が放射されるものであり、辺の長さａ、ｂの決め方は、ｆＣ付近での２つの共振の様子を入力インピーダンスのリアクタンス成分で考えると、ｆＣにおいてｆ１で共振するモードは誘導性であるが、ｆ２のモードは容量性となるので、両モードのｆＣでの位相差を９０°となるようにΔｆ＝ｆ２−ｆ１を設定し、ｆＣの共振が２つの共振の縮退であると考え、その２つを分離することで円偏波を得る励振方法である。（非特許文献１）
【０００７】
【特許文献１】
特開平９−１８２２１号公報
【非特許文献１】
新井宏之著、新アンテナ工学、総合電子出版社発行、１９９８年７月１０日第２版発行（第１２２〜１２４頁、図４．２３）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特許文献１に記載されたアンテナは、位相差給電法による円偏波の励振方法であり、マイクロストリップアンテナと比べて軸比特性が狭帯域であり、受信特性が不安定であるという問題点があった。
【０００９】
一方、前記非特許文献１に記載されたアンテナは、マイクロストリップアンテナを用いて円偏波を励振させる多層構造のアンテナであり、ガラスの表面に膜状に設けた平面アンテナではない。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、自動車用の窓ガラスの表面に設けるマイクロ波を受信するアンテナであって、シンプルな構成で、衛星からの円偏波の電波を高効率で受信でき、軸比特性、指向特性も優れ、受信特性を安定化させることを目的とする。
【００１１】
すなわち、本発明は、自動車用の窓ガラスの車内面上に平面的に設けるマイクロ波の円偏波の電波を受信する平衡型の車両用ガラスアンテナにおいて、一辺の長さが所望の受信周波数の波長λの１／４近傍で、縦横の辺の長さに対応する２つの共振周波数の中央部付近の周波数でそれぞれの辺の共振が共に生じるように、縦横の辺の長さを所望の受信周波数で縮退させて異なるようにした矩形状で閉ループ状の帯状とした内側エレメントと、該内側エレメントの外側を近接するように取り囲みかつ閉ループ状の線条に設けた外側エレメントからなり、前記外側エレメントの給電点近傍の一辺に当接するようにして、外側エレメントの一辺の外側方向に一辺の長さが所望の受信周波数の波長λの１／２近傍の閉ループ線条で囲まれた略四角形領域に該閉ループ線条と接続した各種の線条を配したアースエレメントを連結して、内側エレメントの一つのコーナー側を正極の給電点とし、該給電点に近接する外側エレメントの位置を負極の給電点として、夫々同軸ケーブルの内部導線、外部導線に接続したことを特徴とする車両用ガラスアンテナである。
【００１２】
あるいは、本発明は、前記内側エレメントの閉ループ状の帯状のエレメントで囲まれた平面部全体を面状のエレメントとしたことを特徴とする上述の車両用ガラスアンテナである。
【００１４】
あるいはまた、前記アースエレメントとして、前記閉ループ線条で囲まれた領域全体を導電体とする面状エレメントとしたことを特徴とする上述の車両用ガラスアンテナである。
【００１５】
あるいはまた、本発明は、上述の各給電点及び各エレメントを透明絶縁フイルムシート上に導電性材料によりパターン印刷により形成し、該シートを車両用窓ガラス面上に貼着させて使用することを特徴とするフイルムアンテナシートである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の車両用ガラスアンテナ２は、通信衛星やＧＰＳ衛星から送られてくる円偏波の電波を受信する車両用の窓ガラス１に設けるアンテナであって、以下に示されるようなパターンで構成される。
【００１７】
すなわち、図４、図５に示すように、車両用の窓ガラス１に同軸ケーブル５の芯線とアース線を接続する正極の給電点３と負極の給電点４を近接するように配置し、正極の給電点３に内側エレメント６を接続し、負極の給電点４に外側エレメント７を接続した。
【００１８】
前記内側エレメント６は、略長方形状の閉ループ状の帯状のエレメントであり、略長方形状の一辺の長さが所望の受信周波数の中心波長λの略１／４であり、縦辺の長さをλ／４よりやや短めとし、横辺の長さをλ／４よりやや長めとして、縦横の辺の長さに対応する２つの共振周波数の中央部付近の周波数でそれぞれの辺の共振が共に生じるように、縦横の辺の長さを所望の受信周波数で縮退するようにし異なるようにした。
【００１９】
また、前記正極の給電点３は、内側エレメント６の略長方形状のコーナー部のいずれかの位置に設けた。その理由は、縦辺と横辺の長さに対応する２つの共振周波数の中央部付近の周波数でそれぞれの辺の共振が共に生じるようにするためである。
【００２０】
また、図１、図５に示されたように、内側エレメント６の閉ループ状の帯状のエレメントで囲まれた領域内は非導電性の絶縁領域としたが、閉ループ状の帯状の線幅を少なくとも１ｍｍ以上とするのが良く、該閉ループ領域において、帯状の線幅を領域内側方向に拡幅し、大きくするほど受信性能が向上できる。
【００２１】
あるいは、図２〜図４に示したように、内側エレメント６で囲まれた領域内全体を導電体とした面状のアンテナエレメントとしても良い。
【００２２】
前記外側エレメント７は、内側エレメント６の外側を１ｍｍ〜５ｍｍ程度の間隔で近接するように取り囲み、かつ閉ループ状に設けた１ｍｍ〜５ｍｍの線幅の導電線条とし、外側エレメント７に給電する負極の給電点４は、正極の給電点３の近傍の外側エレメント上に設けるが、この場合、負極の給電点は必ずしもコーナー部に設ける必要はない。前記外側エレメント７の線幅は、前記範囲内において大きいほど性能が向上し、好ましい。
【００２３】
また、図１に示すように、図４のアンテナパターンの外側エレメント７の給電点近傍の一辺に当接するようにして、外側エレメント７の外側方向に一辺の長さが所望の受信周波数の波長λの１／２近傍の閉ループ線条で囲まれた略四角形領域のアースエレメント８を連結した。
【００２４】
このアースエレメント８を設け、アース構造を大きくすると、受信感度や軸比性能等の受信性能をより安定化させ、良化させることができる。
【００２５】
また、該アースエレメント８の縦辺、横辺の一辺の長さを受信周波数の波長λの１／２近傍としたのは、アースエレメント８の長さを内側エレメント６の長さ（λ／４）の整数倍として、インピーダンスを整合させるためである。
【００２６】
該アースエレメント８は、周囲を閉ループ線条とし、閉ループ線条の内側領域には前記閉ループ線条と交差接続した垂直線条、水平線条、斜め線条等の各種の線条を複数本配設した。
【００２７】
あるいはまた、図２、図３に示したように、前記アースエレメントとして、前記閉ループ線条で囲まれた領域全体を導電体とする面状エレメントとしてもよい。
【００２８】
正極の給電点３の位置を図２に示したように、内側エレメント６の左下側コーナーに設けると、衛星からの電波の円偏波の偏波面は左旋回となり、図３に示したように、内側エレメント６の右下側コーナーに設けると、衛星からの電波の円偏波の偏波面は右旋回となる。
【００２９】
あるいはまた、本発明は、上述の各給電点及び各エレメントを透明絶縁フイルムシート上に、導電性材料によるパターンを印刷により形成し、該シートを車両用窓ガラス面上に貼着させて使用するようにすることもできる。
【００３０】
また、本発明のアンテナ２は円偏波を受信するアンテナであるため、アンテナパターン２を正極の給電点３又は負極の給電点４を中心として時計回り、反時計周りに回転させた形状としても良い。
【００３１】
ガラス板面で、前記内側エレメント６の周りに外側エレメント７を囲むようにガラス面上に設け、内側エレメント６のコーナー部に正極の給電点を設け、正極の給電点に近い外側エレメント７上に負極の給電点を設けるようにしたのは、内側エレメント６が、長方形のパッチアンテナに相当し、内側エレメント６を取り囲むように設けた外側エレメント７がパッチアンテナのマイナス導体としての役割を果たすからである。
【００３２】
このようにガラス板面上に平面的に設けたアンテナであっても、あたかも、多層構造のマイクロストリップアンテナであるかのようにアンテナ性能を持たすことが可能である。
【００３３】
前記、内部エレメント６を長方形状とし、それぞれの辺の長さに対応する２つの共振周波数ｆ１、ｆ２の中央部付近の周波数ｆＣでそれぞれの辺の共振が共に生じるように、長方形の対角線上で励振し、円偏波が放射されるものであり、ｆＣの共振が２つの共振の縮退であると考え、その２つを分離することで円偏波を得るものである。
【００３４】
前記内側エレメント６、外側エレメント３、アースエレメント８からなるガラスアンテナ２、および正極、負極の２つの給電点３、４は、車両用窓ガラス１の車内面上に導電ペーストによって印刷後、焼付け処理を行うようにしたものであるが、フイルムシート上に前記パターンを印刷し、該シートをガラス１面上に貼着するようにする場合には、ユーザーやディーラーが自動車の窓ガラス１の所定面に自由に後付できる。
【００３５】
ここで、車両とは、自動車、鉄道等の車両を示すが、飛行機、船舶等の窓ガラスにも応用できる。
【００３６】
さらに、本発明のガラスアンテナの取付部位は、前部窓ガラス、後部窓ガラス、側部窓ガラス、及びサンルーフのいずれに設けるようにしても良い。
［実施例１］
図１に示すアンテナは、周波数が２．３３ＧＨｚのＸＭＳＲ（XM Satellite Radio）の北米衛星ラジオ帯用で左旋回の偏波面をもつアンテナである。
【００３７】
図１は、ＸＭＳＲ（XM Satellite Radio）の北米衛星ラジオ帯用として、２．３３ＧＨｚの左旋回の円偏波の周波数を自動車の窓ガラス１の室内面に設けたアンテナであり、車内側から見たアンテナパターンを示す。
【００３８】
ＸＭＳＲの北米衛星ラジオ帯は、周波数が２．３３ＧＨｚであるので、受信電波の波長λは、ガラスの短縮率を０．６５とすると、λ＝８４ｍｍ、λ／４は約２１ｍｍとなり、これをベースに内側エレメント６の縦横の寸法を設定した。
【００３９】
以下に、内側エレメント６、外側エレメント７、アースエレメント８の各エレメントの寸法を以下に示す。
【００４０】
内側エレメント６の外形寸法は、λ／４よりやや短い縦辺１８ｍｍ、λ／４よりやや長めの横辺２４ｍｍで、線幅２ｍｍの閉ループ状の長方形状とした。
【００４１】
また、外側エレメント７の内径寸法は、縦辺２５ｍｍ、横辺３４ｍｍであり、内側エレメント６と外側エレメント７との間隔は、縦辺間で５ｍｍ、上辺間で４ｍｍ、下辺間で３ｍｍである。
【００４２】
さらに、前記アースエレメント８の寸法は、縦辺３６ｍｍ、横辺４４ｍｍ、線幅２ｍｍの帯状の外枠内の領域内を上下方向に三等分するように水平線条を２本設け、外枠の左上コーナーから右下コーナーに対角線条を配設した。
【００４３】
正極の給電点３は、内側エレメント６の左下コーナー位置に設け、負極の給電点４は内側エレメント６から最も近い外側エレメント７上に設け、正極の給電点３に同軸ケーブル５の内部導線を、負極の給電点４に同軸ケーブル５の外部導線を接続した。
【００４４】
前記内側エレメント６及び外側エレメント７の各エレメント６、７、および正極、負極の２つの給電点３、４は、車両用窓ガラス１の車内面上に導電ペーストによって印刷後、焼付け処理を行い、前記正極の給電点３に同軸ケーブル５の内部導線を、負極の給電点４に同軸ケーブル５の外部導線を接続した。
【００４５】
このようなアンテナパターンの最大放射方向に直線偏波送信アンテナを対向させ、送信アンテナを回転させ、本発明のアンテナ２の最大受信感度と最小受信感度を測定し、その差となる軸比を求めたところ、２ｄＢとなった。
【００４６】
また、図７に示したように、例えば、自動車の後部窓ガラス１の助手席側の室内面の縦辺近傍位置に本発明のアンテナ２を配設し、垂直面指向特性測定装置を用いて測定したところ、図６の指向特性図に示したように、受信感度に大きな落ち込み（ディップ）もなく、軸比や、指向特性に優れていることが確認できた。
［実施例２］
図２に示すアンテナは、周波数が２．３３ＧＨｚのＸＭＳＲ（XM Satellite Radio）の北米衛星ラジオ帯用で左旋回の偏波面をもつアンテナである。実施例２は、前記実施例１のパターンのアースエレメント８として、前記閉ループ線条で囲まれた領域全体を導電体とする面状エレメントとしたものである。
【００４７】
内側エレメント６、外側エレメント７、アースエレメント８の各エレメントの寸法を以下に示す。
【００４８】
内側エレメント６の外形寸法は、縦辺１７ｍｍ、横辺２４ｍｍで、線幅２ｍｍの閉ループ状の長方形状である。外側エレメント７の内径寸法は、縦辺２４ｍｍ、横辺３０ｍｍであり、内側エレメント６と外側エレメント７との間隔は、縦辺間で３ｍｍ、上辺間で４ｍｍ、下辺間で３ｍｍである。
【００４９】
前記アースエレメント８の寸法は、縦辺３４ｍｍ、横辺４３ｍｍの領域全体を導電体とする面状エレメントとし、正極、負極の給電点３、４は実施例１とほぼ同位置に設けた。
【００５０】
前記各エレメント６、７、８、および各給電点３、４を、車両用窓ガラス１の車内面上に導電ペーストによって印刷後、焼付け処理を行い、各給電点３、４に同軸ケーブル５の内部導線、外部導線を接続した。
【００５１】
このようなアンテナパターンにおいても、良好な軸比特性、および指向特性が得られた。
［実施例３］
図３に示すアンテナは、前記実施例２の変形例であり、実施例２のパターンと比較して、正極、負極の給電点位置を内側エレメント６、外側エレメント７の右下コーナー位置に設けて、周波数を５．８ＧＨｚとしたＥＴＣ用で右旋回の偏波面をもつアンテナとした例である。
【００５２】
外側エレメント７の概略寸法は、縦辺８ｍｍ、横辺１０ｍｍであり、アースエレメント８の概略寸法は、縦辺１６ｍｍ、横辺２０ｍｍの領域全体を導電体とする面状エレメントとした。
【００５３】
このようなアンテナパターンにおいても、良好な軸比特性、および指向特性が得られた。
【００６１】
【発明の効果】
本発明によれば、アンテナをガラス面上に平面的に設けたために、シンプルな構造となり、従来のマイクロストリップアンテナ（パッチアンテナ）のような自動車のボディ上に突設させることによって美観が損なわれることもない。
【００６２】
また、ＧＰＳ衛星や衛星ラジオ等の放送衛星から送信されてくる円偏波の電波を効率良く受信でき、軸比特性を広帯域とすることができ、指向特性にも優れている。
【００６３】
さらにまた、フイルムシート上に前記パターンを印刷し、該シートをガラス面上に貼着するようにすれば、ユーザーやディーラーが自動車の窓ガラスの所定面に自由に容易に後付できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１のガラスアンテナを車内側から見た正面図。
【図２】 本発明の実施例２のガラスアンテナを車内側から見た正面図。
【図３】 本発明の実施例３のガラスアンテナを車内側から見た正面図。
【図４】内側エレメントで囲まれた領域内全体を導電体とした面状のアンテナエレメントの正面図。
【図５】内側エレメントを閉ループ状の帯状のエレメントとし、該帯状のエレメントで囲まれた領域内を非導電性の絶縁領域としたガラスアンテナの正面図。
【図６】 本発明の実施例１のガラスアンテナの指向特性図。
【図７】 本発明の実施例１のガラスアンテナを装着した自動車の前部窓ガラスの正面図。
【符号の説明】
１ 窓ガラス
２ ガラスアンテナ
３ 正極の給電点
４ 負極の給電点
５ 同軸ケーブル
６ 内側エレメント
７ 外側エレメント
８ アースエレメント
【発明の属する技術分野】
本発明は、円偏波の電波を高効率で受信できるマイクロ波用ガラスアンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車用の無線通信に主としてＧＰＳ（Global Positioning System、全地球無線測位システム）、ＸＭＳＲ（XM Satellite Radio、衛星ラジオ局）、ＶＩＣＳ（Vehicle Information Communication System、道路交通情報通信システム）、ＥＴＣ（electronic toll collection、電子料金徴収システム）等のマイクロ波帯の電波が積極的に使用されているが、マイクロ波帯の電波はマルチパスに弱く、また降雨による影響を受け易い等の欠点がある。
【０００３】
このため、衛星から電波を受信する衛星通信など、マイクロ波帯の電波を自動車のガラスアンテナで受信する場合、この降雨による影響を軽減させるために、円偏波を用いることが多いのが現状である。
【０００４】
従来、ＧＰＳ衛星等の円偏波の衛星電波を自動車等で受信する場合、自動車のボディ上に厚さ十数ミリ程度の肉厚で、直径数十ミリの大きさのマイクロストリップアンテナ（パッチアンテナ）を装着していたが、ボディから突起しているだけでなく、配線も露出するため、美観も損ねており、このため、自動車の窓ガラス面に設けるガラスアンテナが要望されるようになった。
【０００５】
円偏波を受信するガラスアンテナとしては、２つのアンテナを直交するように配置し、片側の位相を９０°遅らせて給電し、円偏波を励振させる位相差給電法と呼ばれる円偏波の励振方法がある。
【０００６】
例えば、円偏波の電波を受信するアンテナを自動車の窓ガラス上に備えた窓ガラスアンテナ装置において、対称軸とした垂線に対して左右に所定の距離で配置した２点から、導体パターンにより、９０°の角度、受信電波の１／４波長の長さで上方に拡張して形成した第１のアンテナパターンおよび第２のアンテナパターンと、接地パターン内部で前記２点間を接続し、受信電波の１／４波長の長さで ループ状に形成した位相調整手段を備えたことを特徴とする窓ガラスアンテナ装置が記載されている（特許文献１）。
一方、マイクロストリップアンテナを用いて円偏波を励振させるために、縮退分離法と呼ばれる円偏波の励振方法がある。これは、例えば、長方形のパッチアンテナを考え、それぞれの辺の長さａ、ｂに対応する２つの共振周波数ｆ１、ｆ２の中央部付近の周波数ｆＣでそれぞれの辺の共振が共に生じるように、パッチの対角線上で励振し、円偏波が放射されるものであり、辺の長さａ、ｂの決め方は、ｆＣ付近での２つの共振の様子を入力インピーダンスのリアクタンス成分で考えると、ｆＣにおいてｆ１で共振するモードは誘導性であるが、ｆ２のモードは容量性となるので、両モードのｆＣでの位相差を９０°となるようにΔｆ＝ｆ２−ｆ１を設定し、ｆＣの共振が２つの共振の縮退であると考え、その２つを分離することで円偏波を得る励振方法である。（非特許文献１）
【０００７】
【特許文献１】
特開平９−１８２２１号公報
【非特許文献１】
新井宏之著、新アンテナ工学、総合電子出版社発行、１９９８年７月１０日第２版発行（第１２２〜１２４頁、図４．２３）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特許文献１に記載されたアンテナは、位相差給電法による円偏波の励振方法であり、マイクロストリップアンテナと比べて軸比特性が狭帯域であり、受信特性が不安定であるという問題点があった。
【０００９】
一方、前記非特許文献１に記載されたアンテナは、マイクロストリップアンテナを用いて円偏波を励振させる多層構造のアンテナであり、ガラスの表面に膜状に設けた平面アンテナではない。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、自動車用の窓ガラスの表面に設けるマイクロ波を受信するアンテナであって、シンプルな構成で、衛星からの円偏波の電波を高効率で受信でき、軸比特性、指向特性も優れ、受信特性を安定化させることを目的とする。
【００１１】
すなわち、本発明は、自動車用の窓ガラスの車内面上に平面的に設けるマイクロ波の円偏波の電波を受信する平衡型の車両用ガラスアンテナにおいて、一辺の長さが所望の受信周波数の波長λの１／４近傍で、縦横の辺の長さに対応する２つの共振周波数の中央部付近の周波数でそれぞれの辺の共振が共に生じるように、縦横の辺の長さを所望の受信周波数で縮退させて異なるようにした矩形状で閉ループ状の帯状とした内側エレメントと、該内側エレメントの外側を近接するように取り囲みかつ閉ループ状の線条に設けた外側エレメントからなり、前記外側エレメントの給電点近傍の一辺に当接するようにして、外側エレメントの一辺の外側方向に一辺の長さが所望の受信周波数の波長λの１／２近傍の閉ループ線条で囲まれた略四角形領域に該閉ループ線条と接続した各種の線条を配したアースエレメントを連結して、内側エレメントの一つのコーナー側を正極の給電点とし、該給電点に近接する外側エレメントの位置を負極の給電点として、夫々同軸ケーブルの内部導線、外部導線に接続したことを特徴とする車両用ガラスアンテナである。
【００１２】
あるいは、本発明は、前記内側エレメントの閉ループ状の帯状のエレメントで囲まれた平面部全体を面状のエレメントとしたことを特徴とする上述の車両用ガラスアンテナである。
【００１４】
あるいはまた、前記アースエレメントとして、前記閉ループ線条で囲まれた領域全体を導電体とする面状エレメントとしたことを特徴とする上述の車両用ガラスアンテナである。
【００１５】
あるいはまた、本発明は、上述の各給電点及び各エレメントを透明絶縁フイルムシート上に導電性材料によりパターン印刷により形成し、該シートを車両用窓ガラス面上に貼着させて使用することを特徴とするフイルムアンテナシートである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の車両用ガラスアンテナ２は、通信衛星やＧＰＳ衛星から送られてくる円偏波の電波を受信する車両用の窓ガラス１に設けるアンテナであって、以下に示されるようなパターンで構成される。
【００１７】
すなわち、図４、図５に示すように、車両用の窓ガラス１に同軸ケーブル５の芯線とアース線を接続する正極の給電点３と負極の給電点４を近接するように配置し、正極の給電点３に内側エレメント６を接続し、負極の給電点４に外側エレメント７を接続した。
【００１８】
前記内側エレメント６は、略長方形状の閉ループ状の帯状のエレメントであり、略長方形状の一辺の長さが所望の受信周波数の中心波長λの略１／４であり、縦辺の長さをλ／４よりやや短めとし、横辺の長さをλ／４よりやや長めとして、縦横の辺の長さに対応する２つの共振周波数の中央部付近の周波数でそれぞれの辺の共振が共に生じるように、縦横の辺の長さを所望の受信周波数で縮退するようにし異なるようにした。
【００１９】
また、前記正極の給電点３は、内側エレメント６の略長方形状のコーナー部のいずれかの位置に設けた。その理由は、縦辺と横辺の長さに対応する２つの共振周波数の中央部付近の周波数でそれぞれの辺の共振が共に生じるようにするためである。
【００２０】
また、図１、図５に示されたように、内側エレメント６の閉ループ状の帯状のエレメントで囲まれた領域内は非導電性の絶縁領域としたが、閉ループ状の帯状の線幅を少なくとも１ｍｍ以上とするのが良く、該閉ループ領域において、帯状の線幅を領域内側方向に拡幅し、大きくするほど受信性能が向上できる。
【００２１】
あるいは、図２〜図４に示したように、内側エレメント６で囲まれた領域内全体を導電体とした面状のアンテナエレメントとしても良い。
【００２２】
前記外側エレメント７は、内側エレメント６の外側を１ｍｍ〜５ｍｍ程度の間隔で近接するように取り囲み、かつ閉ループ状に設けた１ｍｍ〜５ｍｍの線幅の導電線条とし、外側エレメント７に給電する負極の給電点４は、正極の給電点３の近傍の外側エレメント上に設けるが、この場合、負極の給電点は必ずしもコーナー部に設ける必要はない。前記外側エレメント７の線幅は、前記範囲内において大きいほど性能が向上し、好ましい。
【００２３】
また、図１に示すように、図４のアンテナパターンの外側エレメント７の給電点近傍の一辺に当接するようにして、外側エレメント７の外側方向に一辺の長さが所望の受信周波数の波長λの１／２近傍の閉ループ線条で囲まれた略四角形領域のアースエレメント８を連結した。
【００２４】
このアースエレメント８を設け、アース構造を大きくすると、受信感度や軸比性能等の受信性能をより安定化させ、良化させることができる。
【００２５】
また、該アースエレメント８の縦辺、横辺の一辺の長さを受信周波数の波長λの１／２近傍としたのは、アースエレメント８の長さを内側エレメント６の長さ（λ／４）の整数倍として、インピーダンスを整合させるためである。
【００２６】
該アースエレメント８は、周囲を閉ループ線条とし、閉ループ線条の内側領域には前記閉ループ線条と交差接続した垂直線条、水平線条、斜め線条等の各種の線条を複数本配設した。
【００２７】
あるいはまた、図２、図３に示したように、前記アースエレメントとして、前記閉ループ線条で囲まれた領域全体を導電体とする面状エレメントとしてもよい。
【００２８】
正極の給電点３の位置を図２に示したように、内側エレメント６の左下側コーナーに設けると、衛星からの電波の円偏波の偏波面は左旋回となり、図３に示したように、内側エレメント６の右下側コーナーに設けると、衛星からの電波の円偏波の偏波面は右旋回となる。
【００２９】
あるいはまた、本発明は、上述の各給電点及び各エレメントを透明絶縁フイルムシート上に、導電性材料によるパターンを印刷により形成し、該シートを車両用窓ガラス面上に貼着させて使用するようにすることもできる。
【００３０】
また、本発明のアンテナ２は円偏波を受信するアンテナであるため、アンテナパターン２を正極の給電点３又は負極の給電点４を中心として時計回り、反時計周りに回転させた形状としても良い。
【００３１】
ガラス板面で、前記内側エレメント６の周りに外側エレメント７を囲むようにガラス面上に設け、内側エレメント６のコーナー部に正極の給電点を設け、正極の給電点に近い外側エレメント７上に負極の給電点を設けるようにしたのは、内側エレメント６が、長方形のパッチアンテナに相当し、内側エレメント６を取り囲むように設けた外側エレメント７がパッチアンテナのマイナス導体としての役割を果たすからである。
【００３２】
このようにガラス板面上に平面的に設けたアンテナであっても、あたかも、多層構造のマイクロストリップアンテナであるかのようにアンテナ性能を持たすことが可能である。
【００３３】
前記、内部エレメント６を長方形状とし、それぞれの辺の長さに対応する２つの共振周波数ｆ１、ｆ２の中央部付近の周波数ｆＣでそれぞれの辺の共振が共に生じるように、長方形の対角線上で励振し、円偏波が放射されるものであり、ｆＣの共振が２つの共振の縮退であると考え、その２つを分離することで円偏波を得るものである。
【００３４】
前記内側エレメント６、外側エレメント３、アースエレメント８からなるガラスアンテナ２、および正極、負極の２つの給電点３、４は、車両用窓ガラス１の車内面上に導電ペーストによって印刷後、焼付け処理を行うようにしたものであるが、フイルムシート上に前記パターンを印刷し、該シートをガラス１面上に貼着するようにする場合には、ユーザーやディーラーが自動車の窓ガラス１の所定面に自由に後付できる。
【００３５】
ここで、車両とは、自動車、鉄道等の車両を示すが、飛行機、船舶等の窓ガラスにも応用できる。
【００３６】
さらに、本発明のガラスアンテナの取付部位は、前部窓ガラス、後部窓ガラス、側部窓ガラス、及びサンルーフのいずれに設けるようにしても良い。
［実施例１］
図１に示すアンテナは、周波数が２．３３ＧＨｚのＸＭＳＲ（XM Satellite Radio）の北米衛星ラジオ帯用で左旋回の偏波面をもつアンテナである。
【００３７】
図１は、ＸＭＳＲ（XM Satellite Radio）の北米衛星ラジオ帯用として、２．３３ＧＨｚの左旋回の円偏波の周波数を自動車の窓ガラス１の室内面に設けたアンテナであり、車内側から見たアンテナパターンを示す。
【００３８】
ＸＭＳＲの北米衛星ラジオ帯は、周波数が２．３３ＧＨｚであるので、受信電波の波長λは、ガラスの短縮率を０．６５とすると、λ＝８４ｍｍ、λ／４は約２１ｍｍとなり、これをベースに内側エレメント６の縦横の寸法を設定した。
【００３９】
以下に、内側エレメント６、外側エレメント７、アースエレメント８の各エレメントの寸法を以下に示す。
【００４０】
内側エレメント６の外形寸法は、λ／４よりやや短い縦辺１８ｍｍ、λ／４よりやや長めの横辺２４ｍｍで、線幅２ｍｍの閉ループ状の長方形状とした。
【００４１】
また、外側エレメント７の内径寸法は、縦辺２５ｍｍ、横辺３４ｍｍであり、内側エレメント６と外側エレメント７との間隔は、縦辺間で５ｍｍ、上辺間で４ｍｍ、下辺間で３ｍｍである。
【００４２】
さらに、前記アースエレメント８の寸法は、縦辺３６ｍｍ、横辺４４ｍｍ、線幅２ｍｍの帯状の外枠内の領域内を上下方向に三等分するように水平線条を２本設け、外枠の左上コーナーから右下コーナーに対角線条を配設した。
【００４３】
正極の給電点３は、内側エレメント６の左下コーナー位置に設け、負極の給電点４は内側エレメント６から最も近い外側エレメント７上に設け、正極の給電点３に同軸ケーブル５の内部導線を、負極の給電点４に同軸ケーブル５の外部導線を接続した。
【００４４】
前記内側エレメント６及び外側エレメント７の各エレメント６、７、および正極、負極の２つの給電点３、４は、車両用窓ガラス１の車内面上に導電ペーストによって印刷後、焼付け処理を行い、前記正極の給電点３に同軸ケーブル５の内部導線を、負極の給電点４に同軸ケーブル５の外部導線を接続した。
【００４５】
このようなアンテナパターンの最大放射方向に直線偏波送信アンテナを対向させ、送信アンテナを回転させ、本発明のアンテナ２の最大受信感度と最小受信感度を測定し、その差となる軸比を求めたところ、２ｄＢとなった。
【００４６】
また、図７に示したように、例えば、自動車の後部窓ガラス１の助手席側の室内面の縦辺近傍位置に本発明のアンテナ２を配設し、垂直面指向特性測定装置を用いて測定したところ、図６の指向特性図に示したように、受信感度に大きな落ち込み（ディップ）もなく、軸比や、指向特性に優れていることが確認できた。
［実施例２］
図２に示すアンテナは、周波数が２．３３ＧＨｚのＸＭＳＲ（XM Satellite Radio）の北米衛星ラジオ帯用で左旋回の偏波面をもつアンテナである。実施例２は、前記実施例１のパターンのアースエレメント８として、前記閉ループ線条で囲まれた領域全体を導電体とする面状エレメントとしたものである。
【００４７】
内側エレメント６、外側エレメント７、アースエレメント８の各エレメントの寸法を以下に示す。
【００４８】
内側エレメント６の外形寸法は、縦辺１７ｍｍ、横辺２４ｍｍで、線幅２ｍｍの閉ループ状の長方形状である。外側エレメント７の内径寸法は、縦辺２４ｍｍ、横辺３０ｍｍであり、内側エレメント６と外側エレメント７との間隔は、縦辺間で３ｍｍ、上辺間で４ｍｍ、下辺間で３ｍｍである。
【００４９】
前記アースエレメント８の寸法は、縦辺３４ｍｍ、横辺４３ｍｍの領域全体を導電体とする面状エレメントとし、正極、負極の給電点３、４は実施例１とほぼ同位置に設けた。
【００５０】
前記各エレメント６、７、８、および各給電点３、４を、車両用窓ガラス１の車内面上に導電ペーストによって印刷後、焼付け処理を行い、各給電点３、４に同軸ケーブル５の内部導線、外部導線を接続した。
【００５１】
このようなアンテナパターンにおいても、良好な軸比特性、および指向特性が得られた。
［実施例３］
図３に示すアンテナは、前記実施例２の変形例であり、実施例２のパターンと比較して、正極、負極の給電点位置を内側エレメント６、外側エレメント７の右下コーナー位置に設けて、周波数を５．８ＧＨｚとしたＥＴＣ用で右旋回の偏波面をもつアンテナとした例である。
【００５２】
外側エレメント７の概略寸法は、縦辺８ｍｍ、横辺１０ｍｍであり、アースエレメント８の概略寸法は、縦辺１６ｍｍ、横辺２０ｍｍの領域全体を導電体とする面状エレメントとした。
【００５３】
このようなアンテナパターンにおいても、良好な軸比特性、および指向特性が得られた。
【００６１】
【発明の効果】
本発明によれば、アンテナをガラス面上に平面的に設けたために、シンプルな構造となり、従来のマイクロストリップアンテナ（パッチアンテナ）のような自動車のボディ上に突設させることによって美観が損なわれることもない。
【００６２】
また、ＧＰＳ衛星や衛星ラジオ等の放送衛星から送信されてくる円偏波の電波を効率良く受信でき、軸比特性を広帯域とすることができ、指向特性にも優れている。
【００６３】
さらにまた、フイルムシート上に前記パターンを印刷し、該シートをガラス面上に貼着するようにすれば、ユーザーやディーラーが自動車の窓ガラスの所定面に自由に容易に後付できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１のガラスアンテナを車内側から見た正面図。
【図２】 本発明の実施例２のガラスアンテナを車内側から見た正面図。
【図３】 本発明の実施例３のガラスアンテナを車内側から見た正面図。
【図４】内側エレメントで囲まれた領域内全体を導電体とした面状のアンテナエレメントの正面図。
【図５】内側エレメントを閉ループ状の帯状のエレメントとし、該帯状のエレメントで囲まれた領域内を非導電性の絶縁領域としたガラスアンテナの正面図。
【図６】 本発明の実施例１のガラスアンテナの指向特性図。
【図７】 本発明の実施例１のガラスアンテナを装着した自動車の前部窓ガラスの正面図。
【符号の説明】
１ 窓ガラス
２ ガラスアンテナ
３ 正極の給電点
４ 負極の給電点
５ 同軸ケーブル
６ 内側エレメント
７ 外側エレメント
８ アースエレメント
Claims (4)
- 自動車用の窓ガラスの車内面上に平面的に設けるマイクロ波の円偏波の電波を受信する平衡型の車両用ガラスアンテナにおいて、一辺の長さが所望の受信周波数の波長λの１／４近傍で、縦横の辺の長さに対応する２つの共振周波数の中央部付近の周波数でそれぞれの辺の共振が共に生じるように、縦横の辺の長さを所望の受信周波数で縮退させて異なるようにした矩形状で閉ループ状の帯状とした内側エレメントと、該内側エレメントの外側を近接するように取り囲みかつ閉ループ状の線条に設けた外側エレメントからなり、前記外側エレメントの給電点近傍の一辺に当接するようにして、外側エレメントの一辺の外側方向に一辺の長さが所望の受信周波数の波長λの１／２近傍の閉ループ線条で囲まれた略四角形領域に該閉ループ線条と接続した各種の線条を配したアースエレメントを連結して、内側エレメントの一つのコーナー側を正極の給電点とし、該給電点に近接する外側エレメントの位置を負極の給電点として、夫々同軸ケーブルの内部導線、外部導線に接続したことを特徴とする車両用ガラスアンテナ。
- 前記内側エレメントの閉ループ状の帯状のエレメントで囲まれた平面部全体を面状のエレメントとしたことを特徴とする請求項１記載の車両用ガラスアンテナ。
- 前記アースエレメントとして、前記閉ループ線条で囲まれた領域全体を導電体とする面状エレメントとしたことを特徴とする請求項１または２記載の車両用ガラスアンテナ。
- 請求項１乃至３のいずれかに記載の各給電点及び各エレメントを透明絶縁フイルムシート上に導電性材料によりパターン印刷により形成し、該シートを車両用窓ガラス面上に貼着させて使用することを特徴とするフイルムアンテナシート。
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