JP4114430B2

JP4114430B2 - アンテナ

Info

Publication number: JP4114430B2
Application number: JP2002229023A
Authority: JP
Inventors: 和夫佐藤; 久二男榊原; 晋一郎松沢; 訓利西川
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2002-08-06
Filing date: 2002-08-06
Publication date: 2008-07-09
Anticipated expiration: 2022-08-06
Also published as: JP2004072419A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の窓ガラス等に設けられるアンテナに関する。本発明は、例えばＴＶ帯域用のアンテナ等として有用である。
【０００２】
【従来の技術】
車載用の従来のアンテナとしては、例えば、特許公報「平３−６３８４５：自動車用窓ガラスアンテナ」に記載されているアンテナ等が一般に広く知られている。図１５はその概要を示す概観図である。このアンテナは、所謂ミニバンやワゴン車等のリアクォータガラス２０６に付設されるガラスアンテナであり、特に、ＴＶ放送帯電波の受信を良好にしようとするものである。また、アンテナの給電点２００は、この窓ガラス２０６の１つのコーナーに近接配置されており、放射パターン（アンテナ素子２０１）は、給電点からガラス２０６の縁に沿って延びている。
【０００３】
例えば本図１５に例示される様に、自動車の外観（見栄え）をよくするために、車両の窓ガラスの周囲には、しばしばセラミックマスク２０７等が塗布されることがある。このアンテナは、同軸線路２０２により給電されており、同軸線路の芯線２０３は給電点２００に接続され、外被２０４は導体線２０５を介して、車体にボルト等で接続（アース）されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来構成のアンテナにより、ＴＶ放送帯の電波を受信することができるが、このような自動車のリアクォータ窓等に付設されるガラスアンテナにおいては、アンテナ素子２０１（放射パターン）をガラスの縁の端部に近い位置に配置した場合、アンテナの受信感度が期待通りには得られないことがある。
【０００５】
この原因の一つとしては、導体から形成された車体に流れるイメージ電流がアンテナ素子上を流れる電流を打ち消してしまうことが挙げられる。
即ち、放射パターンは、ガラスの縁よりある程度離して配置しなければならず、ガラスの縁付近に限定的に設けられるセラミックマスク等の上には配置し難い。このため、上記の様な従来構成では、デザイン上見栄えが良いアンテナを製造することは困難である。
【０００６】
また、アンテナ給電点２００に接続する同軸線路の芯線２０３や、外被２０４に接続される導体線２０５は、ガラスを車体に固定する構造上約１０ｃｍ程度の長さが必要になる。この部分はアンテナの一部分として動作してしまうため、芯線２０３や導体線２０５の配線方法や、車体にアースを接続する位置によって、アンテナの特性が劣化してしまう場合がある。
【０００７】
更に、これらの配線は個々の自動車にアンテナを組み込む際に少しずつ配置が異なってしまうため、芯線２０３や或いは導体線２０５が必然的に長くなってしまう上記の構成では、多数生産される各アンテナ毎の特性に大きなばらつきが生じ得る。
【０００８】
これらの事情から、本来は、芯線２０３や導体線２０５の配線は、できるだけ短い方が好ましい。これを解決する方法としては、例えばグランド面をガラス面上に配置する構成等が容易に思いつくが、しかしながら、グランド面は、通常、受信電波の波長の数倍程度が必要になるため、例えばＴＶ帯の様に受信電波の波長が凡そ５０ｃｍ〜３ｍとなる場合、これに見合ったグランド面をガラス面上に形成することは、困難或いは不可能である。
【０００９】
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、見栄えがよく、性能にばらつきのない、主にＴＶ帯域において有効な感度を有する車載用のアンテナを提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段、並びに、作用及び発明の効果】
上記の課題を解決するためには、以下の手段が有効である。
即ち、本発明の第１の手段は、車両の窓ガラス等に実装されるアンテナにおいて、接地線路と給電線路とからなるペアー線の当該接地線路、又は同軸ケーブルの接地線路に接続された矩形状の金属パターンから成り、窓周辺の車体の一部を構成する導体部に接近して配置されたサブグランドと、接地線路と対を成す給電線路に接続された受信用又は発信用の平面状の放射パターンとを設け、上記のサブグランドを、その長手方向が車両の窓の縁に沿う様に、導体部に平行に接近させて配置し、これにより、このサブグランドを導体部と電磁気的にカップリングさせ、放射パターンの給電線路に直接接続されていない他方の一端をサブグランドに直接接続することにより、放射パターンとサブグランドとでループを形成し、サブグランドと異なる平面上で平行に接近させた部分と、導体部と異なる平面上で平行に接近させた部分とを少なくとも有し、サブグランドと導体部のそれぞれと電磁気的なカップリングを行う平面状のグランドを設けたことである。
【００１１】
ただし、上記の窓は、車両の側面、後方又は前方の窓等の他、サンルーフやパノラマウィンドゥ等の任意の形態の窓でも良い。また、この窓の材料としては、ガラスの他に、任意の誘電体材料を用いても良い。また、この窓を形成する誘電体材料は、無色透明の材料であっても、元来有色の材料であっても、故意に着色された材料であっても良い。
【００１２】
上記の第１の手段を用いれば、波長に比べて小さいサブグランドをガラスの縁の端部近くに配置し、このサブグランドを電磁結合で車体の鋼板にアースさせることができる。仮に従来構造のアンテナをガラスの縁の端部近くに設けると、アンテナそのものが車体の鋼板に結合してしまい、特性が劣化してしまう。しかし、上記の本発明の手段によれば、サブグランドを有するガラスの周辺部だけを、車体の一部を構成する導体部（例：鋼板等）と重ねることができるので、サブグランドだけを車体と良好に電磁結合させることができる。
【００１３】
したがって、本発明によれば、例えば図１５の導体線２０５等の冗長な配線を持たないアンテナを構成することができるので、この構成により、高性能でばらつきの少ない受信特性を得ることができる。
また、放射パターンの給電線路に直接接続されていない他方の一端をサブグランドに直接接続し、放射パターンとサブグランドとでループを形成したので、サブグランドや上記の導体部を流れるイメージ電流で放射が打ち消されることがないため、良好な受信感度を得ることができる。
また、ＴＶ帯等では広い周波数特性が要求されるため、例えばこの様なループ構造の一部を成すアンテナ素子（放射パターン）の中にさらに小さいループを構成しても良い。
【００１４】
尚、放射パターンの給電線路に直接接続される一端を、給電線路と接地線路との分岐点以降における各分岐長が共に略０に設定可能な程度にまで、サブグランドに接近して配置すると良い。
ただし、上記の分岐点とは、同軸ケーブル等における、接地線路と給電線路との分離（分岐）により、接地線路と給電線路との電磁波に関わるペアリングが解消され始める点のことを言う。また、上記の略０とは、受信又は発信される電磁波の波長に対して十分に無視できる程度に短い長さを指すものである。
【００１５】
上記の構成に従えば、接地線路だけではなく、給電線路に付いても、分岐点以降の分岐長を略最短に構成することができる。
即ち、本発明によれば、例えば図１５の芯線２０３及び導体線２０５等の様な冗長な配線を持たないアンテナを構成することができるので、この構成により、更に高性能でばらつきの少ない受信特性を得ることができる。
また、サブグランドと平行なグランドの形成例としては、例えば後述の第３実施例の網目状のグランド３０等を挙げることができる。この様なグランドは、サブグランドと導体部との電磁気的なカップリングを中継する役割を奏するので、この作用によりサブグランドをより確実に接地することが可能となる。
【００１６】
【００１７】
【００１８】
また、本発明の第２の手段は、上記の第１の手段において、窓の材料とは別個に形成され、サブグランドと放射パターンとが共にパターン形成された誘電体基板を設け、この誘電体基板のサブグランド形成部分を導体部に平行に接近させて配置することにより、上記のサブグランドを導体部と電磁気的にカップリングさせることである。
【００１９】
この構成に従えば、サブグランド（グランド板）と放射パターン（アンテナ素子）を、薄いフィルム状の誘電体基板等にエッチング等で同時に容易に製作することができる。従って、アンテナの生産コストが抑制できると共に、導体損によるアンテナの効率低下を抑止でき、高い利得のアンテナを低コストで実現できる。この基板材料としては、例えば、ガラスエポキシ等が適している。或いはその他にも、例えばポリエチレン等から成る略透明の誘電体シート等を利用しても良い。
【００２１】
また、平面状の金属パターンの内の少なくともサブグランドの部分を、窓の縁に設けられたセラミックマスクによりマスクすると良い。
この様な構成に従えば、平面状の金属パターンの内の少なくともサブグランドが、車両の外観に現れないので、見栄えの良いアンテナを車両に実装することができる。また、セラミックスマスクのマスク領域は、通常、車両の内側からも内装材等によりマスクされるので、この様な構成に従えば、平面状の金属パターンの内の少なくともサブグランドの部分は、車両の内側（キャビン側）にも現れない。
【００２２】
また、平面状の金属パターンの内の少なくともサブグランドを、窓を構成する有色材料上、又は窓を構成する材料の有色部上に配置すると良い。
この様な構成によれば、平面状の金属パターンの内の少なくともサブグランドの部分を比較的目立たないように配置できる。したがって、この様な構成によっても、比較的見栄えの良いアンテナを車両に実装することができる。
これらの窓材料の有色形態としては、全面的に色を持つものであっても、部分的に色を持つものであっても良い。或いは、全面的に着色されたものであっても、部分的に着色されたものであっても良い。
以上の本発明の手段により、前記の課題を効果的、或いは合理的に解決することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。ただし、本発明は以下に示す実施例に限定されるものではない。
〔第１実施例〕
図１は、本発明の第１実施例におけるアンテナを車内側から正面視した概観図である。リアクォータガラス１０の周辺部には、セラミックマスク１１が施されている。このセラミックマスク１１は、主に、車両の外観の見栄えをよくするため、リアクォータガラス１０を窓開口部に接着する部分が、外側から見えない様に設けられている。セラミックマスク１１の一部分、主に周辺部は、車体を構成する鋼板と重なる様に配置される。
【００２４】
本図１のアンテナでは、誘電体基板１２が、リアクォータガラス１０の縁部に設けられたセラミックマスク１１上に設置されている。誘電体基板１２の材料としては、例えば、ガラスエポキシ等が適している。或いは、例えばポリエチレン等から成る透明の誘電体シートを利用しても良い。
【００２５】
誘電体基板１２上の、リアクォータガラス１０の縁部に重なる（よって、車体を構成する鋼板と重なる）部位には、銅箔等でサブグランド１３が設置されている。サブグランド１３のサイズは、図面右下に例示する様に、ＧＬ＝0.５波長、ＧＨ＝0.１波長である。また、誘電体基板１２上には、サブグランド１３によって概ね閉じられるループ状の放射パターン（ループアンテナ素子１４）を配置する。この配置により、本図１のアンテナは、リアクォータガラス１０の端部に、車体の導体部に接近して配置されても、高感度のアンテナ素子として良好に機能する。放射パターン（ループアンテナ素子１４）の寸法は、ＡＬ＝0.４波長、ＡＨ＝0.２波長程度である。
【００２６】
アンテナ素子（放射パターン１４）の直接給電線路１６に接続されない端部は、給電点の反対側のサブグランド１３に接地されている。本第１実施例では、ループアンテナ素子（放射パターン）を分割するような小さなループアンテナ素子（放射パターン）を内側に更に設けており、これにより、ＴＶ帯域で動作するように、更なる広帯域化が図られている。サブグランド１３はガラスの縁に近い場所に配置されることによって、車体を構成する鋼板と重なって電磁結合し、良好なグランドして動作する。サブグランド１３は長細い形状にされることにより、サブグランド１３の配設可能領域の幅が狭くても、車体の導体部と強く電磁結合する様に形成されている。
【００２７】
図２に、上記のアンテナの接地形態を例示する。本断面図は、ピラー近傍の断面における、ピラー（即ち、窓周辺の車体の一部を構成する導体部）とサブグランド１３の配置関係やそれに基づく両者のカップリングの形態を表している。
本図２に例示する様に、サブグランド１３とピラーとは略平行に接近して対峙しており、一方、アンテナ素子（放射パターン１４）とピラーとは対峙していない。この様な接地形態により、ピラーとサブグランド１３とは良好にカップリングできると共に、アンテナ素子（放射パターン１４）は、ピラーから悪影響を受けることなく良好に作用する。
【００２８】
図３は、本第１実施例のアンテナ（図１）の給電部付近における給電形態（接続形態）を例示する詳細図である。本発明の構成に従えば、例えば同軸ケーブルを用いた場合、本図３に例示する様に、芯線（給電線路１６を構成する内導体）は、同軸ケーブルから殆ど延伸させずにアンテナ素子（放射パターン１４）に接続することができる。また、外被（接地線路１７を構成する外導体）に付いても、殆ど延伸させることなく直接サブグランド１３に半田付けすることが可能或いは容易となる。
【００２９】
例えばこの様に給電することにより、同軸ケーブル１８の芯線（給電線路１６を構成する内導体）を最短で放射パターン（ループアンテナ素子１４）に接続でき、外被（接地線路１７を構成する外導体）も最短でサブグランド１３に接続できるため、高感度で、しかもばらつきが無いアンテナを容易に低コストで製造することができる。
【００３０】
また、アンテナ素子（放射パターン１４）の形状は、本第１実施例の図１に例示される形状の他にも、例えば本図３に例示される様な形状のもの等を用いても良く、或いは、後で図１４を用いて具体的に説明する様に、その他の公知又は任意の形状のものを用いても良い。例えば、本図３の金属パターン（変形例）では、アンテナ素子（放射パターン１４）における局所的な小ループの大きさは各々一様ではない。また、サブグランド１３の長手方向の長さは、受信電波の波長λの約半分であり、その他の各部の長さについても、本図３に各概略値を例示する様に設定されている。
【００３１】
図４（ａ）に、本第１実施例のアンテナ（図１）の反射減衰量を示す。３７０ＭＨｚ以上の周波数帯域で反射減衰量が−５ｄＢ以下となっており、特にＵＨＦ帯のテレビ帯の電波の受信においては有効である。
また、図４（ｂ）に、本実施例のアンテナの指向性を示す。本実施例のアンテナでは、最大で５ｄＢｉ程度、平均で０ｄＢｉ程度の高い利得が得られている。従来のガラスアンテナでは、利得は−１０ｄＢｉ程度であるので、本図より本発明のアンテナを用いれば、ＴＶ帯の電波を良好に受信できることが判る。
【００３２】
また、従来のガラスアンテナは、ガラス面上に導電性の塗料を塗布して製作されるが、抵抗成分が凡そ５Ω/ □と大きいため、アンテナ素子上で受信した電力がこの抵抗成分で消費され、アンテナの効率が悪くなり、受信感度が低下する問題があったが、本発明に基づく上記のアンテナでは、ガラス面に導電塗料等で構成する必要がなく、受信感度や更にコストの面等でも有利であり、また、アンテナの交換も容易である。
【００３３】
〔第２実施例〕
図５は、給電部分にＲＦアンプ２０を設置した例である。例えばこの様に、サブグランド１３をアンテナ（放射パターン１４）と同一基板上に配置すれば、アンテナをほとんど電力損失がない形態で、アンプ、セレクタ、チューナー等に接続することができる。また、この様な構成に従えば、製造コストの削減効果も大いに期待できる。
【００３４】
〔第３実施例〕
図６は、ガラスのセラミックマスクの一部に網目状のグランド３０を設けた実施例である。網目のサイズは約１ｃｍである。グランド３０は、導電塗料から形成されている。例えば車種によっては、車体を構成する鋼板（即ち、窓周辺の車体の一部を構成する導体部）とサブグランド１３とが直接重なりにくい場合もあるが、このように、ガラス上等にグランド３０を配置することにより、サブグランド１３の接地作用がより確実に獲得できる様になる場合も多い。
【００３５】
〔第４実施例〕
図７は、誘電体基板に透明なポリエチレンシート基板４０を利用した場合である。この実施形態は、セラミックマスクが狭い場合等に有効である。アンテナ素子の部分（放射パターン１４）がセラミックマスクのマスク領域から外れた透光部に配置されていても、比較的目立ち難く、見栄えの良いアンテナを構成することができる。
【００３６】
〔第５実施例〕
図８は、リアクォータガラス１０の前後に配置した例である。通常、自動車でＴＶ受信する場合、４本のアンテナを動的に切り替える等してダイバーシチ受信する。左右のリアクォータガラスに２個づつ、計４個配置すると良好なダイバーシチ受信特性が得られる。
図９は、図８に示すように配置したときのダイバーシチ受信した場合の指向性をしめす。特に感度の落ち込む方向がなく、良好な指向特性を有している。
【００３７】
〔第６実施例〕
図１０は、図８の場合にセラミックマスクの一部に網目状のグランドを設けた例である。この様な構成に従えば、サブグランド１３の直下に車両の導体部が配置されていない車種においても、良好な受信感度を得ることができる。
【００３８】
〔第７実施例〕
図１１は、リアクォータガラス１０の後ろに２つアンテナを配置した場合の概観図である。この様な構成に従えば、２つのアンテナをまとめて配置できるため、製造時の組み立て工数を削減するのに効果がある。ただし、ダイバーシチの効果は、図８、図１０等の構成に比べると多少低下する。
【００３９】
〔第８実施例〕
尚、本発明に用いられるアンテナは、以上の各実施例に示したリアクォータガラスに設置することに限定されるものではない。
図１２に例示される形態のアンテナは、例えばワンボックス車やＲＶ車や或いはワゴン車等のリアガラス１０′に設置した場合の応用例である。例えばこの様にアンテナ素子の部分（放射パターン１４）をセラミックマスク内に設置することで、デフォッガ（リアガラスの曇り防止用の電熱配線）等に干渉することがなく好適に配置でき、よって高感度に受信できる。
【００４０】
〔第９実施例〕
また、図１３は、各種自動車のリアガラス（、或いはフロントガラス）に適用した例である。例えばこの様にアンテナ素子の部分（放射パターン１４）をセラミックマスク内に設置すると、乗車者の視界を遮らず、しかも外界からはアンテナは見えず、自動車のデザイン上、見栄えを良くすることができる。また、車内では内装材で隠されるためキャビン内からも見えることは無く、受信特性の劣化も抑制できる。
【００４１】
〔その他の変形例〕
尚、本発明に用いられるアンテナの配線パターンは、以上の各実施例等で開示したアンテナパターンに限定されるものではない。これらの配線パターンは、例えば、図１４に示したようなアンテナパターン等でも良い。図１４（ａ）は矩形のループアンテナである。図１４（ｂ）は半円形のループアンテナである。また、図１４（ｃ）は、さらに帯域を広くするため、半円形のループアンテナの中にさらにいくつかに小型のループを形成した例である。
【００４２】
また、図１４（ｄ）は２つの矩形ループを組み合わせた例である。この構造により、さらに高い利得を得ることができる。また、図１４（ｅ）、（ｆ）に例示する実施形態は、高い利得を維持しつつ広帯域化を図るために、更に幾つかのループを矩形のループアンテナの中に形成した例である。特に図１４（ｆ）の形態は、バッドウイングアンテナとして一般にも知られているものである。また、図１４（ｇ）は、高利得化のために、半円形のループアンテナを２つ組み合わせた例である。
【００４３】
尚、本発明のアンテナは、例えば、以下の（ａ）〜（ｃ）等の様な配置形態にしたがって構成することもできる。
（ａ）リアクォータガラスの前部若しくは後部の縁に、サブグランドの長手方向を沿わせて任意数配置する。
（ｂ）車両に配設されたフロント、又はリアガラスアンテナの上部若しくはサイドの縁に、サブグランドの長手方向を沿わせて任意数配置する。
（ｃ）車両に配設されたムーンルーフ、サンルーフ若しくは樹脂ルーフの縁に、サブグランドの長手方向を沿わせて任意数配置する。
【００４４】
また、上記の実施例では、アンテナ素子の部分（放射パターン１４）をループ状に形成した例を開示したが、これらのアンテナにおいては、必ずしも放射パターンをループ状に形成する必要はない。特に、高い周波数の電波を送信或いは受信するアンテナを構成する場合には、放射パターンをループ状に形成しなくとも良い。
【００４５】
また、本発明のアンテナは、例えば、車両のワイヤレスキーシステム、タイヤ空気圧警報システム、電話、ＧＰＳ、ＶＩＣＳ、衛星ラジオ、ＥＴＣ、ＤＳＲＣ等のアンテナにも応用することができる。
また、本発明のアンテナは、受信装置としてだけではなく、勿論、発信装置としても利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例のアンテナを例示する概観図。
【図２】第１実施例のアンテナの接地形態を例示するピラー近傍の断面図。
【図３】第１実施例のアンテナの給電形態を示す詳細図。
【図４】第１実施例のアンテナの反射減衰量特性を例示するグラフ（ａ）と、同第１実施例のアンテナの指向性パターンを例示するグラフ（ｂ）。
【図５】第２実施例のアンテナ（アンプつき）を例示する平面図。
【図６】第３実施例のアンテナ（メッシュつき）を例示する平面図。
【図７】第４実施例のアンテナ（透明フィルム使用）を例示する平面図。
【図８】本発明の第５実施例のアンテナを例示する平面図。
【図９】第５実施例のアンテナのダイバーシチ指向性パターンを例示するグラフ。
【図１０】本発明の第６実施例のアンテナ（第５実施例の変形例：メッシュ付き）を例示する平面図。
【図１１】本発明の第７実施例のアンテナ（第５実施例の変形例：同じ向き）を例示する平面図。
【図１２】本発明の第８実施例のアンテナ（リアガラスへの応用例１）を例示する平面図。
【図１３】本発明の第９実施例のアンテナ（リアガラス、フロントガラスへの応用例２）を例示する平面図。
【図１４】その他の変形例（アンテナ素子の配線パターン）を例示する平面図。
【図１５】従来のアンテナを例示する平面図。
【符号の説明】
１０ … リアクォータガラス
１１ … セラミックマスク
１２ … 誘電体基板
１３ … サブグランド
１４ … 放射パターン（アンテナ素子）
１６ … 給電線路（芯線）
１７ … 接地線路（外被）
１８ … 同軸ケーブル
２０ … ＲＦアンプ
３０ … メッシュ状のグランド
４０ … ポリエチレンシート基板

Claims

車両の窓ガラス等に実装されるアンテナにおいて、
接地線路と給電線路とからなるペアー線の当該接地線路、又は同軸ケーブルの接地線路に接続された矩形状の金属パターンから成り、窓周辺の車体の一部を構成する導体部に接近して配置されたサブグランドと、
前記接地線路と対を成す給電線路に接続された受信用又は発信用の平面状の放射パターンとを有し、
前記サブグランドは、その長手方向を前記車両の窓の縁に沿わせて、前記導体部に平行に接近させて配置されることにより、前記導体部と電磁気的にカップリングされており、
前記放射パターンの前記給電線路に直接接続されていない他方の一端を前記サブグランドに直接接続することにより、前記放射パターンと前記サブグランドとでループを形成し、
前記サブグランドと異なる平面上で平行に接近させた部分と、前記導体部と異なる平面上で平行に接近させた部分とを少なくとも有し、前記サブグランドと前記導体部のそれぞれと電磁気的なカップリングを行う平面状のグランドを設けたことを特徴とするアンテナ。
前記窓の材料とは別個に形成され、前記サブグランドと前記放射パターンとが共にパターン形成された誘電体基板を有し、
前記サブグランドは、前記誘電体基板の前記サブグランド形成部分を前記導体部に平行に接近させて配置することにより、前記導体部と電磁気的にカップリングされていることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。