JP4112807B2 - 車両用ガラスアンテナ装置およびそれを用いた受信装置 - Google Patents

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は、車両の窓ガラスに設けられるガラスアンテナ装置と、それを用いた受信装置に関する。
【０００２】
（背景技術）
車両用窓ガラス上にアンテナ導体を形成したガラスアンテナは、従来のロッドアンテナに比べて、意匠上出っ張りがないので外観上優れている、破損の心配がない、風切り音が発生しない、等の理由で広く使われている。
【０００３】
このガラスアンテナは、防曇用ヒータの形成されたリアの窓ガラス上に設けられることが多い。このため、その限られた面積にアンテナ導体を形成する必要がある。特に複数の周波数帯域、例えばＡＭ帯、ＦＭ帯、ＴＶ帯、携帯電話帯等について、アンテナを設ける必要がある場合、その設計および調整は、手間のかかる作業となっていた。
【０００４】
例えばＡＭ受信用のアンテナパターンとＦＭ受信用のアンテナパターンを兼用しようとすると、そのパターンは、非常に複雑なパターンとなってしまう（例えば、実開平１−５９３０９号）。このような複雑なパターンの調整は、試行錯誤によって行われており、時間のかかる作業となっていた。特に、ＡＭ帯域の受信感度を確保しようとすると、車両用の窓ガラスに設置されるアンテナでは、そのアンテナパターンの占める面積に比例するとされている。このため、その面積の確保が重要となっている。
【０００５】
そこで、リアウインドウにおけるガラスアンテナでは、防曇用ヒータをアンテナとして用いることが考えられた。しかし、防曇用ヒータをそのままＡＭ用アンテナとすると、ノイズの問題があり実用にはならない。
【０００６】
そこで電源と防曇用ヒータとの間に、大電流に耐え得るチョークコイルを設けることによって、防曇用ヒータをＡＭ用アンテナとして用いることが可能としている（例えば、特開昭５６−４２４０１号）。また、以上の構成に加えて、ＡＭとＦＭの両方の受信に使える兼用アンテナも用いられている（例えば、特開昭５７−１８８１０２号）。
【０００７】
しかしながら、このチョークコイルを設けることはコスト高につながり、また設置スペースが必要なことから、できればチョークコイルを用いないアンテナ装置が求められていた。
【０００８】
例えば実開昭５９−３６０４号はそのような優れた車両用ガラスアンテナを開示する。図１１に示されるように、リアガラス１０２において、デフォッガ１０３の上部にＡＭ用アンテナ１０４が設けられ、デフォッガ１０３をＦＭ用アンテナ１０５とし、それぞれのアンテナが独立にそれぞれのアンプ１０８，１０９を介して受信装置（図示せず）に接続されている車両用アンテナ１０１が開示されている。デフォッガと給電点１０５ｂは、導線１２０を介して直接的に接続されている。
【０００９】
特開昭５９−３６０４は、「上記デフォッガは適当な長さの導線に接続されており、これによりインピーダンスマッチングが行われてデフォッガはＦＭ用アンテナ部として構成されて」という記載を含んでいる。また、実開昭５９−３６０４号に開示された車両用アンテナでは、ＦＭ補助アンテナは用いられていない。
【００１０】
なお、この実開昭５９−３６０４号の車両用アンテナでは、デフォッガ１０３と電源１０６の間には、チョークコイルは用いられていない。ところでこの車両用アンテナでは、ＡＭ用アンテナの占める面積を多く採ることができないので、アンプを用いてＡＭ用アンテナの受信感度を向上させている。
【００１１】
また、米国特許Ｎｏ．４，７９１，４２６は、車両の後部窓ガラスに設けられたアンテナ装置を開示する。図１２に示されるように、開示されるアンテナ装置２０１は、長波、中波および短波受信用のアンテナ素子２０４と、超短波信号受信用のアンテナ２０５としても機能する複数の曇止め用ヒータ素子２０３を含む。アンテナ２０４及び２０５で受信した信号はそれぞれの増幅手段２０８，２０９を介して受信装置（図示せず）に接続されている。図１２において、符号２１０は周波数分離器である。
【００１２】
さらに、ガラスアンテナに用いられる増幅回路に関しては、特開昭５３−９７３５３号が、ガラスアンテナに電界効果トランジスタを接続してプリアンプとして用い、スプリアスに対して十分に低下させたアンテナ装置を開示する。
【００１３】
特開昭５６−４２４０１号、特開昭５７−１８８１０２号、米国特許Ｎｏ．４，７９１，４２６に開示された上記車両用窓ガラスアンテナ装置は、バスバーと直流電源の間にチョークコイルを用いる。このチョークコイルを設けることにより、車両の窓ガラス近傍の狭い空間への配置が困難になったり、チョークコイル自身のコストのため、装置としてのコストアップを招く課題がある。
【００１４】
さらに前記米国特許Ｎｏ．４，７９１，４２６では、デフォッガをＦＭ用アンテナとして用いている。しかしながら、デフォッガに給電点２０５ｂから直接的に接続しているため、ＦＭ感度が十分に得られないので実用的でない。
【００１５】
なお、上述した実開昭５９−３６０４号では、デフォッガと電源の間にチョークコイルを設けず、デフォッガをＦＭ用アンテナ１０５として用いている。ＡＭ帯域とは異なり、ＦＭ帯域では上記チョークコイルを設けずとも、デフォッガをＦＭ用アンテナとすることは可能と考えられる。しかしながら、デフォッガと給電点１０５ｂは、導線１２０を介して直接的に接続されているため、ＦＭ感度が十分に得られないという現状がある。このため、上述の実開昭５９−３６０４号に示されたようなアンテナ装置は、実用化されていないのが現状である。また図１１に示したように、導線１２０は、ガラスの幅の半分以上の長さを有している。
【００１６】
また、上述した増幅器を備えた車両用窓ガラスアンテナ装置は、例えばＦＭ受信信号の信号レベルが大きい（強電界）場合には、ＦＭ受信信号に対する増幅器のゲインが高過ぎて、増幅器のＦＭ出力信号に歪みを発生する畏れがある。さらに、上述した増幅器を備えた車両用窓ガラスアンテナ装置は、近接する周波数のＦＭ受信信号を増幅する時に、近接する周波数の相互変調が発生する場合があり、近接する周波数の偏差の相互変調信号がＡＭ周波数帯域となってしまい、ＦＭ受信に好ましくない影響を及ぼす畏れがある。
【００１７】
さらに上述した、米国特許Ｎｏ．４，７９１，４２６に開示された車両用窓ガラスアンテナ装置では、その構成上、低容量である太い同軸ケーブルを用いる必要がある。この太い同軸ケーブルはその取り回しの自由度が小さく、敷設するのには困難が伴い、組立作業の障害となっていた。
【００１８】
一方、ガラスアンテナの設計については、これまで、車種毎に要求される受信性能や受信帯域の組み合わせが異なり、またボディ形状も異なっているため、車種毎に行う必要があった。このため多くの手間がかかっていた。
【００１９】
また例えば、ＡＭ／ＦＭ兼用のアンテナパターンを用いようとすると、その調整等に時間がかかる嫌いがあった。
【００２０】
さらに同じ車種でも、その仕向地（目的地）の周波数帯域が異なると、アンテナパターンを変更する必要があったり、リアウインドウのワイパーの有無によって、その影響を考慮し調整する必要があり、さらに多くの手間がかかることとなっていた。
【００２１】
また、自動車の開発期間がどんどん短縮化されてきている。このため、ガラスアンテナの開発においては、実車ボディを用いた設計調整の期間短縮が求められている。
【００２２】
そこで、車種が変わってもアンテナパターンの基本設計に変更の必要がなく、調整の簡単な車両用ガラスアンテナ装置が求められている。
【００２３】
（発明の開示）
本発明はこのような課題を解決するためなされたもので、第１の目的は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を提供することにある。
【００２４】
第２の目的は、仕向地が変わっても、設計周波数のみを変更すればよい車両用ガラスアンテナ装置を提供することにある。また、車種が変わっても窓ガラスのサイズやアンテナパターンを設けるエリアが同様な場合には、アンテナパターンの基本設計に変更の必要がないような車両用ガラスアンテナ装置を提供することにある。
【００２５】
第３の目的は、強電界の入力に対して歪みを発生せず、さらに近接する周波数のＦＭ受信に際して相互変調を発生しない車両用ガラスアンテナ装置を提供することにある。
【００２６】
第４の目的は、取り回しの容易な細い同軸ケーブルの使用可能な車両用受信装置を提供することにある。
【００２７】
本発明の第１の概念によれば、車両の窓ガラス上に設けられた無チョークコイル式防曇用ヒータと、前記防曇用ヒータの上部に設けられるとともに、それぞれ８００mm〜１３００mmの範囲の長さを有する複数の水平アンテナパターンで構成されてＡＭ帯域の信号を受信するＡＭアンテナと、前記防曇用ヒータと前記ＡＭ用アンテナとの間に設けられるとともに、３００mm〜５００mmの範囲の長さを有する１本の水平アンテナパターンで構成されてＦＭ帯域の信号を受信するＦＭアンテナと、前記ＡＭアンテナからの信号を増幅するためのＡＭ用増幅手段と、前記ＦＭアンテナからの信号を増幅するためのＦＭ用増幅手段と、を備え、ＡＭ用増幅手段の入力インピーダンスは少なくとも１ＭΩであり、ＦＭ用増幅手段の入力インピーダンスが、５０Ω以下であり、ＦＭ用増幅手段の利得が３ｄＢ以下であり、ＡＭアンテナは、ＡＭ電波を受信し、その受信信号をＡＭ給電パターンを介してＡＭ用増幅手段に供給し、ＦＭアンテナは、ＦＭ電波を受信し、その受信信号をＦＭ給電パターンを介してＦＭ用増幅手段に供給することを特徴とする車両用窓ガラスアンテナ装置が提供される。
【００２８】
本発明の車両用窓ガラスアンテナ装置において、上記防曇用ヒータは、ＦＭ用アンテナと容量結合され、ＦＭ補助アンテナとして機能する。
【００２９】
本発明の車両用窓ガラスアンテナ装置は、防曇用ヒータの下に別個の補助ＦＭ用アンテナを設け、防曇用ヒータとＡＭアンテナとの間に設けたＦＭアンテナをメインアンテナとするダイバシティアンテナを構成している。
【００３０】
上記ＡＭ用アンテナには、複数の水平アンテナパターンを互いに接続する短絡線が設けられる。
【００３１】
さらに、防曇用ヒータは、複数のヒータ線と、これらのヒータ線を互いに接続する短絡線とで構成すればよい。
【００３２】
ＡＭ用増幅手段は、入力コンデンサ、入力抵抗器、ＦＥＴ、負荷抵抗器、チョークトランス、ソース抵抗器、出力コンデンサを備えるＦＥＴ（電界効果トランジスタ）をソース接地した回路で構成され、その入力インピーダンスは少なくとも１ＭΩとするのが好ましい。このＡＭ用増幅手段は、その出力段にチョークコイルを備えており、その出力インピーダンスは１００Ω以下である。
【００３３】
好適実施例において、ＦＭ用増幅手段は、抵抗器、インダクタンス、トランジスタ、コンデンサ、チョークトランスを備えるトランジスタをベース接地した回路、または抵抗器、インダクタンス、ＦＥＴ、コンデンサ、チョークトランスを備えるＦＥＴをゲート接地した回路で構成される。更に、ＦＭ増幅手段の利得は、３ｄＢ以下であるのが好ましい。ＦＭ増幅手段の出力段には、タンク回路で構成したフィルタ手段を備え、複数のＦＭ出力信号の相互変調により発生するＡＭ周波数帯の相互変調信号を抑制するようにした。
【００３４】
本発明の第２の概念によれば、車両用受信装置であって、上記の車両用窓ガラスアンテナ装置と、直径３ｍｍ以下の信号ケーブルを介して前記ＡＭ用増幅手段及びＦＭ増幅手段の出力端子に接続されている受信装置と、を備えていることを特徴とする車両用受信装置が提供される。
【００３５】
本発明の受信装置においては、上記信号ケーブルのインピーダンスを７５Ω以下にするのが望ましい。
【００３６】
本発明の基本的設計方針は、以下のようである。
【００３７】
まず、アンテナパターンの基本的設計および調整が容易なように、ＡＭおよびＦＭ用アンテナは、それぞれ専用の単純なパターンとする。
【００３８】
つぎに、防曇用ヒータにはチョークコイルを設けないことにしたので、防曇用ヒータはＡＭ用アンテナとして用いることができない。そこで、防曇用ヒータの上部余白に、できるだけ専有面積の大きなＡＭ用アンテナパターンを、上記防曇用ヒータと容量結合しないように設ける。
【００３９】
ＡＭ用アンテナの受信感度を向上させるためには、アンテナのインピーダンスを下げることが有効である。このインピーダンスを下げるためには、ＡＭ用アンテナの導体パターンの面積をできるだけ大きく、さらにその長さをできるだけ長く形成して、アンテナ容量を大きくすることが好ましい。そこで、防曇用ヒータの上部余白に、できるだけ専有面積の大きなＡＭ用アンテナパターンを、上記防曇用ヒータと容量結合しないように設けることとする。
【００４０】
この場合、防曇用ヒータの上部余白には、あまり大きなスペースはないので、直線状の水平導体パターンを複数本設け、これらを共通に接続して、フォーク状とするとよい。また基本となる上記ＡＭ用アンテナを、ループ状パターンのアンテナとしてもよい。さらに上記フォーク状パターン、あるいはループ状パターンの中間部分に、短絡線を設けたアンテナパターンとすることが好ましい。
【００４１】
またさらに、限られたスペースに設けられたＡＭ用アンテナの受信感度を良くするためには、アンテナの受信損失を少なくすることが必要である。そこで、ＡＭ用アンテナとＦＭ用アンテナとを、それぞれ独立で給電する必要がある。
【００４２】
このとき、ＡＭ用アンテナパターンは、できるだけ大きな面積となるようにすることが好ましい。ＡＭ用アンテナパターンの上下方向の幅は、以下の項目から自ずと決まってしまう。すなわち、ガラスのサイズ、防曇ヒータを設けるエリア、ＡＭ用アンテナ、ＦＭ用アンテナと防曇ヒータとの必要な間隔、などである。したがって、ＡＭ用アンテナパターンにおいて、できるだけ大きな面積となるようにするには、ＡＭ用アンテナパターンの水平方向の長さを長くすることである。
【００４３】
しかしながら、ＡＭ用アンテナがＦＭ用アンテナの受信感度に悪影響を及ぼさないように、考慮することも重要である。ＡＭ用アンテナがＦＭ用アンテナの受信感度に悪影響を及ぼさないような長さを実験的に求めたところ、８００〜１３００ｍｍが好ましく、さらに９００〜１２００ｍｍが好ましいことがわかった。
【００４４】
つぎに、ＦＭ用アンテナについて述べる。
【００４５】
本発明によるガラスアンテナ装置では、上記防曇用ヒータとＡＭ用アンテナとの間に、１本の水平パターンのＦＭ用アンテナパターンが設けられる。ＦＭ用アンテナを１本の水平パターンとしたのは、できるだけ簡単な形状にして調整を簡単にするためと、上記ＡＭ用アンテナの占める面積を大きすることができるように、できるだけ面積の小さな形状とするためである。
【００４６】
本発明の好適実施例においては、上記ＦＭ用アンテナの長さは以下の数式（１）となるように設計することが好ましい。
Ｌ_ＦＭ＝λ／４×短縮率・・・・・・（１）
【００４７】
ここで、λは設計波長である。ＦＭ周波数帯域は、日本では７６〜９０ＭＨｚ、北米地域では８８〜１０８ＭＨｚであり、これらの帯域の中から、設計波長が選択される。ここで短縮率とは、一般的に以下の数式（２）のように定義される。
短縮率＝（誘電効果を考慮した電気的な波長／自由空間上の波長）×１００（％）・・・・・（２）
【００４８】
一般にガラスアンテナでは、アンテナパターンが誘電体であるガラス板の上に設けられている。このため、その誘電効果により、アンテナパターンの長さが、波長λから算出される長さより短かくても、有効に機能する。
【００４９】
また上記ＦＭ用アンテナパターンは、上記防曇用ヒータと容量的に接続されていることが好ましい。なお本発明によるガラスアンテナ装置では、防曇用ヒータと電源の間にはチョークコイルを設けていない。しかし、上記ＦＭ用アンテナパターンと上記防曇用ヒータとが容量結合による接続であれば、上述した実開昭５９−３６０４号に示されたような不具合は発生せず、防曇用ヒータをも補助的にＦＭ用アンテナとして利用することができる。このため、ＦＭの受信感度がさらに向上する。さらにＦＭアンテナパターンが、防曇用ヒータと容量的に接続されているので、上述した短縮率は、その結合容量も考慮して定める必要がある。
【００５０】
本発明に用いるＦＭ用アンテナは、単純な１本の水平パターンからなる。したがって、仕向地が変わり周波数帯域が変更になっても、設計周波数を変更してＦＭ用アンテナの長さのみを変えるだけでよい。つまり、パターン形状の変更や調整を必要としない。
【００５１】
さらに必要に応じて、防曇用ヒータの下部に、ＦＭ用サブアンテナを設けてもよい。ここで、ＦＭ用アンテナをメインアンテナとし、このＦＭ用サブアンテナとをダイバシティアンテナとして構成してもよい。このＦＭ用サブアンテナも、１本の水平パターンとすることが好ましい。その理由も、上述したＦＭ用（メイン）アンテナパターンのそれと同様である。またこのＦＭ用サブアンテナパターンも、防曇用ヒータと容量的に接続されていてもよい。このＦＭ用サブアンテナも、アンテナパターンの長さも、上述したメインＦＭアンテナパターンのそれと同様の手法で決定されるとよい。
【００５２】
さらにＦＭの受信感度を向上させるために、防曇用ヒータを構成する各ヒータパターンの、例えば中央付近を互いに接続する短絡線が設けられていることが好ましい。この短絡線は、メインＦＭアンテナと防曇用ヒータの、さらにはＦＭ用サブアンテナの高周波における分布容量の結合を制御して、ＦＭ用アンテナ全体としての受信感度を向上させる働きがある。さらにこの短絡線は、１本に限られることなく、複数本設けられていてもよい。
【００５３】
つぎに、増幅手段について説明する。まずＡＭ用増幅手段について説明する。
【００５４】
本発明によるガラスアンテナ装置では、占める面積の大きな防曇用ヒータをＡＭ用アンテナとして用いておらず、防曇用ヒータの上部余白にＡＭ用アンテナが設けられている。このため、ＡＭ用アンテナの占める面積が十分でなく、受信電圧を十分に大きくすることができない。そこでＡＭ増幅手段を設けてその不足分を補っている。
【００５５】
本発明のガラスアンテナ装置において、ＡＭ用の増幅手段は、トランジスタまたはＦＥＴ等の半導体素子、抵抗、コイルやコンデンサで構成され、ＡＭ周波数帯域の増幅と、入出力のインピーダンスの整合が行なわれている。ＡＭ用の増幅手段は、入力インピーダンスを高く設定されることが好ましい。さらにＡＭ用の増幅手段の出力段は、低インピーダンスであることが好ましい。このため、その出力段には高周波トランスを設けて、その出力インピーダンスを１００Ω以下とするとよい。
【００５６】
続いて、本発明のガラスアンテナに用いるＦＭ用増幅手段について説明する。
【００５７】
ＦＭ用の増幅手段は、トランジスタまたはＦＥＴ等の半導体素子、抵抗、コイルやコンデンサで構成されており、ＦＭ周波数帯域の増幅と、入出力のインピーダンスの整合が行なわれる。ＦＭ用の増幅手段は、Ｓ／Ｎ比を向上させるために、低ノイズであることが好ましい。また強電界の入力に対応するために、低ノイズのＦＥＴを用いゲート接地回路で構成され、アンプの利得が３ｄＢ以下（増幅率では１以下）に設定されることが好ましい。なお、ＦＭ増幅手段の入力インピーダンスは、５０Ω以下に設定されることが好ましい。
【００５８】
さらに、ＦＭ増幅手段の出力段には、タンク回路で構成したフィルタ手段を設けることによって、複数のＦＭ出力信号の相互変調により発生するＡＭ周波数帯の相互変調信号を抑制することが好ましい。なおＦＥＴに代えて、低ノイズのトランジスタを用い、ベース接地回路で構成されてもよい。
【００５９】
このように、本発明によるガラスアンテナ装置では、ＡＭおよびＦＭ用アンテナをそれぞれ専用のパターンとし、さらにそれぞれに専用の増幅手段を設けたので、ＡＭおよびＦＭとも良好な受信感度を得ることができる。
【００６０】
さらに、本発明によるガラスアンテナ装置を用いた車両用受信装置では、前記ＡＭ増幅手段およびＦＭ増幅手段からの出力信号のインピーダンスを十分に小さくすることができるので、直径３ｍｍ以下の信号ケーブルを用いて、受信装置と結合することができる。このような直径３ｍｍ以下の信号ケーブル（典型的に同軸ケーブル）は、しなやかであり、取り回しが容易であるので、車両に同軸ケーブルを敷設するのが容易となる。具体的な信号ケーブルとしては、呼称１．５Ｃ２Ｎ（直径約２．３ｍｍ）や、１．５Ｃ２Ｖ、１．５Ｃ２Ｅ（直径約２．９ｍｍ）を挙げることができる（適用規格：ＪＩＳ Ｃ ３５０１）。
【００６１】
（発明を実施するための最良の形態）
以下に本発明のいくつかの好適実施例を添付図面に基づいて説明する。
【００６２】
図１において、車両用窓ガラスアンテナ装置１は、車両の窓ガラス２（例えば、リアウインドウ）上に、以下の要素から構成されるとよい。すなわち、専用のＡＭアンテナ４と、専用のＦＭアンテナ５、およびプリント導体パターンで形成した防曇用ヒータ３である。
【００６３】
本発明の窓ガラスアンテナ装置１は、さらに、ＡＭアンテナ４及びＦＭアンテナ５で受信したＡＭ受信信号（Ｖ_Ａ），ＦＭ受信信号（Ｖ_Ｆ）を増幅する増幅手段７と、増幅手段７から供給されるＡＭ出力信号（Ｖ_Ａ０），ＦＭ出力信号（Ｖ_Ｆ０）を再生する受信機１０とを含む。
【００６４】
また車両には、防曇用ヒータ３を加熱するためのヒータ用電源が備えられている。
【００６５】
まず、防曇用ヒータ３は、車両の窓ガラスの両サイドに上下方向に配置され、互いに向かい合うバスバー３ａ，３ｂ、このバスバー３ａ，３ｂのそれぞれにヒータ用電源６を供給するために設けらた給電パターン３ｃ，３ｄ、バスバー３ａ，３ｂ間に水平方向に配置した複数のヒータパターン３ｅを備えている。
【００６６】
防曇用ヒータ３には、給電パターン３ｃ，３ｄを介して、バッテリで構成されるヒータ用電源６から直流電源（Ｖ_Ｈ）が供給されると、バスバー３ａ，３ｂ間の電圧（Ｖ_Ｈ）と複数のヒータパターン３ｅのそれぞれの抵抗値で決定されるヒータ電流が流れ、ヒータパターン３ｅが加熱される。このように防曇用ヒータ３は、窓ガラス２の結露を蒸発させて、曇止めを行うように構成されている。
【００６７】
本実施例における防曇用ヒータ３は、給電パターン３ｃ，３ｄを介してヒータ用電源６に直接接続する構成としている。このため、ＡＭ電波に対しては、低インピーダンスとなり、ＡＭアンテナとして機能しないようになっている。
【００６８】
つぎにアンテナ装置に採用したＡＭアンテナ４について説明する。
【００６９】
本実施例のＡＭアンテナ４は、防曇用ヒータ３のヒータパターン３ｅの最上端部と窓ガラス２の上端部との間に、例えばフォーク状をなす複数の水平のＡＭパターン４ａで構成されている。ＡＭアンテナ４は、ＡＭ電波を前記ＡＭパターン４ａで受信し、ＡＭ受信信号（Ｖ_Ａ）をＡＭ給電パターン４ｂを介して、増幅手段７を構成しているＡＭ増幅手段８に供給している。
【００７０】
なお、ＡＭアンテナ４を複数の水平のＡＭパターン４ａで構成する理由は、ＡＭ電波の受信感度がＡＭパターン４ａの全体の面積に依存するので、できるだけ大きな面積とするためであり、また単純なアンテナパターンとするためである。
【００７１】
具体的なＡＭアンテナとしては、５本の水平のＡＭパターンよりなり、その長さＬ_ＡＭが１０００ｍｍで、前記水平のＡＭパターンの間隔が２０ｍｍのパターンを例示することができる。
【００７２】
このＬ_ＡＭ＝１０００ｍｍは、上述したように、ＡＭアンテナがＦＭアンテナの受信感度に悪影響を及ぼさないように考慮した値である。
【００７３】
なお本発明の設計方針としては、ＡＭおよびＦＭ用アンテナ４，５は、それぞれ専用の単純なパターンとしている。これによって、できるだけ相互干渉がないようにしている。しかしながら、限られた面積のリアの窓ガラス面上に、ＡＭアンテナ、ＦＭアンテナおよびデフォッガを設けることになるので、相互干渉が避け得ない面もある。
【００７４】
そこで、上述の考慮の効果を検証するために、上記長さＬ_ＡＭを実施例１とし、できるだけ専有面積の大きなＡＭ専用アンテナパターンとした場合を実施例２としたときの、ＦＭアンテナにおける受信感度を測定した例を、以下の表１に示す。
【表１】

【００７５】
表１から分かるよおうに、実施例１では実施例２に比較して、ＦＭアンテナへの影響が少ないことがわかる。なお実施例２においても、ＦＭアンテナに若干の影響はあるものの、実用上問題のあるレベルではない。
【００７６】
また、ＡＭアンテナ４は、防曇用ヒータ３と容量結合しないように、ヒータパターン３ｅの最上端部までの距離を所定以上（例えば、３０ｍｍ以上）に設定するとよい。さらに、給電パターン３ｃ，３ｄにはヒータ用電源６を直接接続して防曇用ヒータ３のヒータパターン３ｅのインピーダンスを充分低い値に設定することにより、防曇用ヒータ３からの電気的結合を小さくして、ＡＭ電波に対する受信感度を要求される値に設定することができる。
【００７７】
続いてＦＭアンテナ５について説明する。
【００７８】
ＦＭアンテナ５は、防曇用ヒータ３のヒータパターン３ｅの最上端部とＡＭアンテナ４の間に、１本の水平導体パターンにて構成されている。さらにＦＭアンテナ５は、受信したＦＭ受信信号をＦＭ給電パターン５ａを介して、増幅手段７を構成しているＦＭ増幅手段９に供給している。
【００７９】
また本発明におけるＦＭアンテナ５は、防曇用ヒータ３とは、直接接続されることはない。なお容量的には、結合されていることが好ましい。例えば、ヒータパターン３ｅの最上端部までの距離を、所定の値（５〜１０ｍｍ）に設定して、ＦＭアンテナ５を、防曇用ヒータ３と容量結合することが好ましい（図２参照のこと）。
【００８０】
具体的なＦＭアンテナとしては、その長さＬ_ＦＭが３００〜５００ｍｍの例を挙げることができる。ここで、Ｌ_ＦＭは給電の方式によっても異なってくる。すなわち、（ａ）窓ガラス面上のＦＭ給電パターン５ａを給電点とする場合と、（ｂ）前記ＦＭ給電パターン５ａから接続用導線を介して、ＦＭ増幅手段９に接続し、この接続点を給電点とする場合である。なおこの場合、接続用導線はＦＭアンテナ導体として機能し、ＦＭ給電パターンは単なる接続パターンとなる。
【００８１】
上記（ａ）の場合、ＦＭアンテナの長さＬ_ＦＭは、目的とする設計波長に基づき、上述した式（１）により、設計された長さにするとよい。
【００８２】
また、上記（ｂ）の場合は、ＦＭアンテナパターンの長さは、設計長さＬ_ＦＭから前記接続用導線の長さを減じた長さにする必要がある。つまり接続用導線が長くなると、ガラス面上に形成されるＦＭアンテナパターンの長さを短くする必要がある。
【００８３】
さらに、ＦＭアンテナ５とＡＭアンテナ４との距離も所定値以上（例えば、２５ｍｍ以上）に設定し、ＦＭアンテナ５とＡＭアンテナ４との相互干渉が、できるだけ発生しないように配置するとよい。
【００８４】
このように、防曇用ヒータ３、ＡＭアンテナ４およびＦＭアンテナ５を適切に配置することにより、ＡＭアンテナ４およびＦＭアンテナ５との相互干渉、ＡＭアンテナ４と防曇用ヒータ３との相互干渉、ならびにＦＭアンテナ５と防曇用ヒータ３との相互干渉を極力小さくすることができる。
【００８５】
さらに、本発明のガラスアンテナ装置においては、必要に応じて、ＦＭサブアンテナを備えていてもよい（図３参照のこと）。例えば、ＦＭサブアンテナ５ｓは、防曇用ヒータ３の下部の余白に設けることができる。このとき、前記ＦＭアンテナ５をメインアンテナとし、このＦＭサブアンテナ５ｓをダイバシティアンテナとして構成することができる。
【００８６】
このＦＭサブアンテナも、１本の水平パターンとすることが好ましい。その理由も、上述したＦＭ（メイン）アンテナパターンのそれと同様である。またこのＦＭサブアンテナパターンも、前記防曇用ヒータと容量的に接続されていることが好ましい。このＦＭサブアンテナも、アンテナパターンの長さも、上述したメインＦＭアンテナパターンのそれと同様の手法で決定されるとよい。具体的なＦＭサブアンテナとしては、その長さＬ_ＦＭＳが３００〜５００ｍｍの例を挙げることができる。
【００８７】
以上述べたように、ＦＭアンテナおよびＡＭアンテナをそれぞれ独立した専用アンテナとし、基本的に直線を基調とするアンテナパターンとしている。したがって、アンテナの設計および調整が簡単にできる。
【００８８】
以下に増幅手段７について述べる。
【００８９】
増幅手段７は、ＡＭ増幅手段８およびＦＭ増幅手段９を備え、ＡＭアンテナ４のＡＭ給電パターン４ｂから供給されるＡＭ受信信号（Ｖ_Ａ）、およびＦＭアンテナ５のＦＭ給電パターン５ａから供給されるＦＭ受信信号（Ｖ_Ｆ）を増幅し、ＡＭ出力信号（Ｖ_Ａ０）およびＦＭ出力信号（Ｖ_Ｆ０）を、それぞれ受信装置１０に供給している。
【００９０】
ＡＭ増幅手段８は、高入力インピーダンス／低出力インピーダンス特性を有する増幅器で構成され、ＡＭ受信信号（Ｖ_Ａ）を十分に増幅し、ＡＭ出力信号（Ｖ_Ａ０）を受信装置１０に供給する。
【００９１】
図４は、本発明に係るＡＭ増幅手段の一実施形態の回路図である。
【００９２】
図４において、ＡＭ増幅手段８は、入力コンデンサ（Ｃ１）、入力抵抗器（Ｒ１）、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）（Ｑ１）、負荷抵抗器（Ｒ２）、チョークトランス（Ｌ１）、ソース抵抗器（Ｒ３）、出力コンデンサ（Ｃ２）を備え、ソース接地の増幅回路で構成されている。
【００９３】
ＡＭ増幅手段８の入力インピーダンスは、ＦＥＴ（Ｑ１）の入力インピーダンスが非常に高いため、ゲート（Ｇ）から接地（ＧＮＤ）された抵抗器（Ｒ１）の抵抗値（例えば、１ＭΩ）で決定される。
【００９４】
図５は、ゲート抵抗であるＲ１の抵抗値を５００ｋ〜２ＭΩに変化させた場合のノイズの変化を示す。
【００９５】
図５より明らかなように、抵抗値の大きい方がノイズは小さいことがわかる。例えば、抵抗値が１ＭΩ以上であれば、実用に際してより好ましい。したがって、ＡＭ用の増幅手段においては、入力インピーダンスが高く設定されると、抵抗器Ｒ１を介して混入するノイズの増幅手段への侵入を抑制できる。
【００９６】
さらにＡＭ用の増幅手段の出力段は、低インピーダンスであることが好ましい。ＡＭ増幅手段８の出力インピーダンスは、ドレイン（Ｄ）に接続された負荷抵抗器（Ｒ２）と並列接続したチョークトランス（Ｌ１）との合成インピーダンスで決定される。
【００９７】
ここで、チョークトランス(L1)には、巻数比２：１の点にタップが設けてあり、増幅器の出力はこのタップから取り出されるため、合成インピーダンスの１／４となる。そこで、ＡＭ用の増幅手段の出力段では、高周波トランスを設けて、その出力インピーダンスを１００Ω以下とするとよい。
【００９８】
なお、ＡＭ増幅手段８の接地（ＧＮＤ）端子は、車両のボディアースに接続しておくことが好ましい。
【００９９】
次に、ＡＭ増幅手段８の動作について説明する。
【０１００】
ゲート（Ｇ）に入力されたＡＭ受信信号（Ｖ_Ａ）は、ＦＥＴ（Ｑ１）の電圧増幅度（ｇｍ）と負荷インピーダンス（負荷抵抗器（Ｒ２）と並列接続したチョークトランス（Ｌ１）の合成インピーダンス）が乗算され、ＦＥＴ（Ｑ１）のドレインの出力は、ｇｍ×Ｖ_Ａ×負荷インピーダンスとなる。従って、ＡＭ出力信号（Ｖ_Ａ０）は（ｇｍ×Ｖ_Ａ×負荷インピーダンス）の１／２の値となる。
【０１０１】
このように、本発明に係るＡＭ増幅手段８は、高入力インピーダンス化するとにより、抵抗器（Ｒ１）を介して混入するノイズの増幅手段への侵入を抑制することができる。
【０１０２】
また、チョークトランスで負荷インピーダンスを構成したので、アンプゲインを高くしても出力インピーダンスを低い値に設定することができ、ＡＭ出力信号（Ｖ_Ａ０）を高いレベルで出力するとともに、受信機１０へ接続する同軸ケーブルと出力インピーダンスとのインピーダンス整合を取ることができる。
【０１０３】
なお、ＡＭ増幅手段（８）は、ＦＥＴに代えて、トランジスタ（必要ならばダーリントン接続）を用い、エミッタ接地の増幅器としてもよい。
【０１０４】
図６は、本発明に係るＦＭ増幅手段の一実施形態の回路図である。
【０１０５】
図６において、ＦＭ増幅手段９は、抵抗器（Ｒ１１）、抵抗器（Ｒ１３）、インダクタ（Ｌ１２）、ＦＥＴ（Ｑ２）、抵抗器（Ｒ１２）、コンデンサ（Ｃ１１）、チョークトランス（Ｌ１１）を備え、ゲート接地の増幅器で構成されている。
【０１０６】
ＦＭ増幅手段９の入力インピーダンスは、ＦＥＴ（Ｑ２）の入力インピーダンスが非常に低いため、抵抗器（Ｒ１１）で決定される。また、抵抗器（Ｒ１３）とインダクタ（Ｌ１２）の直列回路は、ＦＥＴ（Ｑ２）のバイアス回路を構成している。
【０１０７】
一方、ＦＭ増幅手段９の出力インピーダンスは、ドレイン（Ｄ）に接続された負荷抵抗器（Ｒ１２）、コンデンサ（Ｃ１１）およびチョークトランス（Ｌ１１）の並列回路のインピーダンス（Ｚ_Ｆ０）で決定される。ここで、ＦＭ出力信号（Ｖ_Ｆ０）は、チョークトランス（Ｌ１１）のセンタタップから取り出されているので、インピーダンス（Ｚ_Ｆ０）の１／４となる。なお、ＦＭ増幅手段９の接地（ＧＮＤ）端子は、車両のボディアースに接続しておくことが好ましい。
【０１０８】
ＦＭ増幅手段９の出力インピーダンス（Ｚ_Ｆ０／４）を、受信機１０へ接続する同軸ケーブルのインピーダンスとほぼ同じに設定することにより、インピーダンス整合を取ることができる。
【０１０９】
また、ＦＭ増幅手段９のゲインは０〜３ｄＢ程度に設定し、過大レベルのＦＭ受信信号（Ｖ_Ｆ）に波形歪みが発生しないようにすることが好ましい。このＦＭ出力信号（Ｖ_Ｆ０）は、出力されて受信機１０に提供される。
【０１１０】
図６において、コンデンサ（Ｃ１１）とチョークトランス（Ｌ１１）が並列接続されたタンク回路は、ＦＭ周波数帯域のバンドパスフィルタを形成している。
【０１１１】
もし、近接する周波数ｆ１，ｆ２（ｆ１＜ｆ２）のＦＭ受信信号（Ｖ_Ｆ１，Ｖ_Ｆ２）がＦＥＴ（Ｑ２）の相互変調作用により、周波数ｆ１，ｆ２の和（ｆ１＋ｆ２）の相互変調信号、および差（ｆ２−ｆ１）の相互変調信号を発生する場合、特に差（ｆ２−ｆ１）の相互変調信号がＡＭ帯域になるようなときに、上記タンク回路によって、この差（ｆ２−ｆ１）の相互変調信号を除去し、相互変調信号の出力と相互変調歪みを防止することができる。
【０１１２】
このように、本発明に係るＦＭ増幅手段は、ＦＭアンテナが受信したＦＭ受信信号が過大レベルの場合でも、ＦＭ増幅器のＦＭ出力信号に波形歪みを発生させることなく、適切なレベルでインピーダンス変換と増幅を実現することができる。
【０１１３】
また、本発明に係るＦＭ増幅手段は、複数のＦＭ出力信号の相互変調により発生するＡＭ周波数帯の相互変調信号を抑制するので、ＡＭ周波数帯の相互変調信号の出力と相互変調歪みを防止することができる。
【０１１４】
なお、ＦＭ増幅手段９は、ＦＥＴに代えてトランジスタを用い、ベース接地の増幅器としてもよい。
【０１１５】
本発明のガラスアンテナ装置は、図７に示されるごとく、ＡＭ増幅手段８およびＦＭ増幅手段９からの出力を合成する合成手段７１をさらに備えていてもよい。
【０１１６】
図８は、合成手段７１の一実施形態の回路図である。合成手段７１は、コンデンサ、およびインダクタンス素子等の受動素子で構成されている。前記ＡＭ増幅手段８および前記ＦＭ増幅手段９からの出力が、それぞれ互いの増幅手段に回り込まないように、それぞれの出力にフィルタをかけてカットし、それぞれの出力を合成し、同軸ケーブルを介して受信機１０に出力している。
【０１１７】
図８において、合成手段７１は、コンデンサ（Ｃ３１，Ｃ３２）、チョークコイル（Ｌ３１，Ｌ３２）で構成されている。ＡＭ信号入力端子は、チョークコイル（Ｌ３２）の一端に接続され、該チョークコイル（Ｌ３２）の他端は出力端子に接続されている。一方ＦＭ信号入力端子は、前記コンデンサ（Ｃ３１）の一端に接続され、該コンデンサ（Ｃ３１）の他端は、チョークコイル（Ｌ３１）とコンデンサ（Ｃ３２）に接続される。チョークコイル（Ｌ３１）の他端は接地されている。コンデンサ（Ｃ３２）の他端は出力端子に接続されている。
【０１１８】
次に、図９を参照して、本発明のガラスアンテナ装置の具体的アンテナパターンについて説明する。
【０１１９】
まず、ＡＭアンテナ４は、フォーク状をなす複数の水平のＡＭパターン４ａで構成されている。またＡＭアンテナ４は、前記フォーク状パターンの中間部分に、短絡線４２を設けている。さらに、前記水平のＡＭパターン４ａの上部には、バイパスパターン４１が設けられている。これは図９が、室内からアンテナパターンを平面視した図であるので、わかりにくいが、リアガラスを実際に車体に取り付けると、前記水平のＡＭパターン４ａの上部と、車体との隙間が大きく、意匠上水平のアンテナパターンを追加したものである。
【０１２０】
なお、以上の実施例では、基本となるＡＭアンテナを、フォーク形状のアンテナパターンよりなる例で説明したが、これに限られることなく、例えばループ状パターンよりなるアンテナを基本パターンとしてもよい。さらにこの場合、ループ状パターンの中間部分に短絡線を設けたアンテナパターンとしてもよい。
【０１２１】
次に、給電方法に応じて選択的に使用可能なＦＭアンテナの具体例を説明する。具体的に、図１０Ａは、ＦＭ給電パターン５ａを給電点とする場合であり、図１０Ｂは、接続用導線を介して接続する場合である。なお、図１０Ａ及び図１０ＢともＦＭアンテナの設計長さは同じであるが、図１０Ｂの場合は、接続用導線の長さだけ、ＦＭアンテナパターン５の長さが短くなっている。図１０Ａの場合でも、ＦＭアンテナ５は、窓ガラスの中心線を越えることはない。
【０１２２】
本発明による車両用窓ガラスアンテナ装置において、ＡＭおよびＦＭ用アンテナは、それぞれ専用の単純なパターンで構成されている。このため、アンテナパターンの基本的設計が容易である。
【０１２３】
典型的に、車体の形式（セダン型、ワゴン型、ハッチバック型・・・）によって、リアの窓ガラスにおける防曇が必要なエリアと、アンテナを設けてもよいエリアが決定される。なおエリアの決定には、リアの窓ガラスのサイズや取り付け角度、あるいはトランクの有無など、車体の形式が関係することになる。そこで、ある車種に対して、窓ガラスのサイズとアンテナを設けてもよいエリアが決定される。そして、この窓ガラスに適用される本発明による車両用窓ガラスアンテナ装置が設計される。
【０１２４】
このアンテナ装置は、基本的に上述した窓ガラスのサイズとアンテナを設けてもよいエリアが似ている車両については、そのまま適用することが可能である。したがって、設計調整にかかる時間を短縮することができる。
【０１２５】
以上説明したように本発明に係る車両用窓ガラスアンテナ装置は、ＦＭアンテナおよびＡＭアンテナを、それぞれ独立した専用アンテナとし、基本的に直線を基調とするアンテナパターンとしている。したがって、アンテナの設計および調整が簡単にできる。
【０１２６】
さらにＦＭおよびＡＭアンテナに、それぞれ専用の増幅手段を有しているので、ＦＭ電波およびＡＭ電波を高感度で受信することができる。したがって、ＦＭ電波受信およびＡＭ電波受信の双方に優れたアンテナを実現することができる。
【０１２７】
なお、防曇用ヒータに接続するチョークコイルを必要としないので、部品配置の空間を広げるとともに、部品コストの低減を図ることができる。
【０１２８】
さらに、本発明に係るＦＭ増幅手段は、ＦＭアンテナが受信したＦＭ受信信号が過大レベルの場合でも、ＦＭ出力信号に波形歪みを発生させることなく、適切なレベルでインピーダンス変換と増幅を実現することができるので、高品質のＦＭ信号を再生することができる。
【０１２９】
また、本発明に係るＦＭ増幅手段は、複数のＦＭ出力信号の相互変調により発生するＡＭ周波数帯の相互変調信号を抑制し、ＡＭ周波数帯の信号出力および相互変調歪みを防止することができるので、高品質のＦＭ信号を再生することができる。
【０１３０】
本発明によるガラスアンテナ装置を用いた車両用受信装置では、前記ＡＭ増幅手段およびＦＭ増幅手段からの出力信号のインピーダンスを十分に小さくしている。したがって、直径３ｍｍ以下の取り回しの容易な信号ケーブルを用いて、受信装置と結合することができる。
【０１３１】
このことにより、車両に信号ケーブル（同軸ケーブル）を敷設するのが容易となり、組立作業が手間を減らすことができる。
【０１３２】
（産業上の利用可能性）
以上のように、本発明に係る窓ガラスアンテナ装置は、ＡＭ及びＦＭ電波を高感度で受信することができる車両の窓ガラスアンテナとして用いるのに有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施例による車両用窓ガラスアンテナ装置の基本構成図である。
【図２】 本発明の第２実施例による車両用窓ガラスアンテナ装置の基本構成図である。
【図３】 本発明の第３実施例による車両用窓ガラスアンテナ装置の基本構成図である。
【図４】 本発明に採用したＡＭ増幅手段の一実施形態の回路図である。
【図５】 ＡＭ増幅手段におけるゲート抵抗の抵抗値を変化させた場合のノイズの変化を示すグラフ図である。
【図６】 本発明に採用したＦＭ増幅手段の一実施形態の回路図である。
【図７】 本発明に採用した合成手段の基本構成を示すブロック図である。
【図８】 上記合成手段の一実施形態を示す回路図である。
【図９】 本発明の車両用窓ガラスアンテナ装置に採用したアンテナパターンの具体例を示す図である。
【図１０Ａ及び図１０Ｂ】 接続用導線の有無に応じて選択的に使用可能な２つのＦＭアンテナの説明図である。
【図１１】 従来例（実開昭５９−３６０４号）に示されたガラスアンテナ装置の説明図である。
【図１２】 従来例（米国特許Ｎｏ．４７９１４２６号）に示されたガラスアンテナ装置の説明図である。

Claims (11)

1. 車両用窓ガラスアンテナ装置であって、
   車両の窓ガラス上に設けられた無チョークコイル式防曇用ヒータと、
   前記防曇用ヒータの上部に設けられるとともに、それぞれ８００mm〜１３００mmの範囲の長さを有する複数の水平アンテナパターンで構成されてＡＭ帯域の信号を受信するＡＭアンテナと、
   前記防曇用ヒータと前記ＡＭ用アンテナとの間に設けられるとともに、３００mm〜５００mmの範囲の長さを有する１本の水平アンテナパターンで構成されてＦＭ帯域の信号を受信するＦＭアンテナと、
   前記ＡＭアンテナからの信号を増幅するためのＡＭ用増幅手段と、
   前記ＦＭアンテナからの信号を増幅するためのＦＭ用増幅手段と、
   を備え、
   前記ＡＭ用増幅手段の入力インピーダンスは少なくとも１ＭΩであり、
   前記ＦＭ用増幅手段の入力インピーダンスが、５０Ω以下であり、
   前記ＦＭ用増幅手段の利得が３ｄＢ以下であり、
   前記ＡＭアンテナは、ＡＭ電波を受信し、その受信信号をＡＭ給電パターンを介して前記ＡＭ用増幅手段に供給し、
   前記ＦＭアンテナは、ＦＭ電波を受信し、その受信信号をＦＭ給電パターンを介して前記ＦＭ用増幅手段に供給することを特徴とする車両用窓ガラスアンテナ装置。
2. 前記防曇用ヒータは、前記ＦＭ用アンテナと容量結合され、ＦＭ補助アンテナとして機能することを特徴とする請求項１に記載の車両用ガラスアンテナ装置。
3. 前記防曇用ヒータの下部にＦＭ用サブアンテナが更に設けられており、該ＦＭ用サブアンテナは、前記ＦＭ用アンテナをメインアンテナとするダイバシティアンテナを構成することを特徴とする請求項１に記載の車両用窓ガラスアンテナ装置。
4. 前記ＡＭ用アンテナは、前記複数の水平パターンを互いに接続する短絡線を有していることを特徴とする請求項１に記載の車両用窓ガラスアンテナ装置。
5. 前記防曇用ヒータは、各ヒータ線を互いに接続する短絡線を有していることを特徴とする請求項１に記載の車両用窓ガラスアンテナ装置。
6. 前記ＡＭ用増幅手段は、入力コンデンサ、入力抵抗器、ＦＥＴ、負荷抵抗器、チョークトランス、ソース抵抗器、出力コンデンサを備える前記ＦＥＴをソース接地した回路で構成されることを特徴とする請求項１に記載の車両用窓ガラスアンテナ装置。
7. 前記ＡＭ用増幅手段は、その出力段にはチョークコイルを備えており、その出力インピーダンスは１００Ω以下であることを特徴とする請求項１に記載の車両用窓ガラスアンテナ装置。
8. 前記ＦＭ用増幅手段は、抵抗器、インダクタンス、トランジスタ、コンデンサ、チョークトランスを備える前記トランジスタをベース接地した回路、または抵抗器、インダクタンス、ＦＥＴ、コンデンサ、チョークトランスを備える前記ＦＥＴをゲート接地した回路で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用窓ガラスアンテナ装置。
9. 前記ＦＭ用増幅手段の出力段は、タンク回路で構成したフィルタ手段を備え、複数のＦＭ出力信号の相互変調により発生するＡＭ周波数帯の相互変調信号を抑制することを特徴とする請求項１に記載の車両用窓ガラスアンテナ装置。
10. 車両用受信装置であって、
    請求項１〜９のいずれか１項に記載の車両用窓ガラスアンテナ装置と、
    直径３ｍｍ以下の信号ケーブルを介して前記ＡＭ用増幅手段及びＦＭ増幅手段の出力端子に接続されている受信装置と、
    を備えていることを特徴とする車両用受信装置。
11. 前記信号ケーブルのインピーダンスは、７５Ω以下であることを特徴とする請求項１０に記載の車両用受信装置。

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