JP4443899B2 - ガラスアンテナ - Google Patents

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Description

本発明は、自動車の後部窓ガラスに曇り止めとして形成されているヒータ線をアンテナとして共用するガラスアンテナに関する。
従来、自動車の後部窓ガラスに曇り止めとして形成されているヒータ線がアンテナとして共用されており、このようなガラスアンテナの構成の一例を図11に示す。
図11に示すガラスアンテナでは、自動車のリアガラス100上に複数本のヒータ線110が形成されている。さらに、この複数本のヒータ線110の左端がまとめて接続される第1バスバー111と右端がまとめて接続されている第2バスバー112とが複数本のヒータ線110と共にリアガラス100上に形成されている。複数本のヒータ線110,第1バスバー111および第2バスバー112は、線条にリアガラス100上に形成した銀ペースト層を焼付けることにより形成している。
複数本のヒータ線110,第1バスバー111および第2バスバー112は、ガラスヒータアンテナ102を構成しており、アンテナエレメントとして共用されている。リアガラス100の曇り止めを行う際には、電源113が第1チョークコイル114を介して第1バスバー111に供給され、第2バスバー112はチョークコイル115を介してアースされて閉回路を構成するようになる。これにより、電源113が第1バスバー111から複数本のヒータ線110に供給されて複数本のヒータ線110が発熱するようになり、この結果リアガラス100が暖められて曇り止めされるようになる。
第1チョークコイル114および第2チョークコイル115は高周波信号を遮断する素子として機能しており、第1バスバー111は第1チョークコイル114により、第2バスバー112は第2チョークコイル115により高周波的にアースから浮いている状態となっている。これにより、高周波的にアースから切り離されたガラスヒータアンテナ102をアンテナとして用いることが可能となり、ガラスヒータアンテナ102により受信された信号が給電線116を介して受信機に導かれるようになる。
ところで、このようなガラスアンテナのインピーダンスを単純化して考えればヒータ線110をある種の伝送線路と考えることができる。ヒータ線110をアンテナとして使用する場合、リアガラス100のサイズは車輌のサイズで決まることから、ヒータ線110のサイズもリアガラス100のサイズに応じて決まるようになる。従って、ガラスヒータアンテナ102のインピーダンスも自ずと車輌のサイズに応じて決まってしまうことになる。ここで、図11に示すガラスアンテナのインピーダンスの周波数特性を図12に示す。図12においてRinは給電線116の接続点から見たガラスヒータアンテナ102のインピーダンスの実数部であり、Xinはその虚数部である。ただし、ヒータ線110の水平方向の長さが1m程度とされてガラスヒータアンテナ102が構成されている。図12に示すインピーダンス特性を見ると、使用周波数帯であるFM放送の周波数帯(76MHz〜108MHz)において反共振が生じてインピーダンスの虚数部Xinの変化が大きくなってしまっている。ガラスアンテナはインピーダンス整合と広帯域化や受信システムの感度向上を行うために、能動素子からなる増幅回路あるいは受動素子からなるインピーダンス整合回路を介して受信機に接続されるが、図12に示すような反共振のインピーダンスを呈するガラスアンテナを広帯域で整合させることは困難であって、結果的に不整合損失が増大するようになり、全体としての受信システムの感度を劣化させてしまうという問題点があった。
米国特許第3,484,584号明細書
そこで、本発明は広帯域で整合させることのできるガラスアンテナを提供することを目的としている。
上記目的を達成するために、本発明のガラスアンテナは、アンテナエレメントとして共用される複数本のヒータ線の一方の端部の全てが接続されている第1バスバーに給電線が接続され、第2バスバーに接続されている約半分の複数本のヒータ線の略中央が互いに短絡され、アースに接続されている第3バスバーに接続されている残る複数本のヒータ線の略中央が互いに短絡されており、第2バスバーとアース間に電源手段が接続されていると共に、高周波的にアースさせるコンデンサが前記第2バスバーに接続されていることを最も主要な特徴としている。
本発明によれば、ガラスアンテナのインピーダンスの変動が小さくなり広帯域でインピーダンス整合できるようになる。そして、広帯域でインピーダンス整合することができることから、ガラスアンテナで受信した広帯域の信号がロスされることなく受信機に伝達できるようになり、広帯域で感度の高い受信システムを構成することができるようになる。
広帯域で整合させることのできるガラスアンテナを提供するという目的を、アンテナエレメントとして共用される複数本のヒータ線の一方の端部の全てが接続されている第1バスバーに給電線を接続し、第2バスバーに接続されている約半分の複数本のヒータ線の略中央を互いに短絡し、アースに接続されている第3バスバーに接続されている残る複数本のヒータ線の略中央を互いに短絡し、第2バスバーとアース間に電源手段を接続すると共に、高周波的にアースさせるコンデンサを前記第2バスバーに接続することにより実現した。
本発明の実施例1のガラスアンテナの構成を図1に示す。
この図に示す本発明の実施例1のガラスアンテナにおいては、自動車のリアガラス1上に複数本のヒータ線10が形成されている。さらに、この複数本のヒータ線10の左端がまとめて接続される第1バスバー11と右端がまとめて接続されている第2バスバー12とが複数本のヒータ線10と共にリアガラス1上に形成されている。複数本のヒータ線10,第1バスバー11および第2バスバー12は、例えば、線条にリアガラス1上に形成した銀ペースト層を焼付けることにより形成されている。この場合、ヒータ線10の単位長さ当たりの電気抵抗は約0.35Ω/インチとするのが好適であり、ヒータ線10の本数は例えば14本とされその間隔は約20mm〜25mmとされる。
複数本のヒータ線10,第1バスバー11および第2バスバー12は、ガラスヒータアンテナ2を構成しており、アンテナエレメントとして共用されている。第1バスバー11はチョークコイル14と図示しないスイッチを介してヒータ線10を発熱させるための電源13に接続されている。電源13の他端は車体にアースされている。また、第2バスバー12は車体にアースされている。このようなガラスアンテナによりリアガラス1の曇り止めを行う際には、電源13−チョークコイル14−第1バスバー11−ヒータ線10−第2バスバー12−アースの閉回路に電源13が供給されるようになる。これにより、電源13が第1バスバー11から複数本のヒータ線10に供給されて複数本のヒータ線10が発熱するようになり、この結果リアガラス1が暖められて曇り止めされるようになる。
第1チョークコイル14は高周波信号を遮断する素子として機能しており、第1バスバー11は第1チョークコイル14により高周波的にアースから浮いている状態となっている。このように、ヒータ線10の第1バスバー11側はアースから高周波的に切り離され、ヒータ線10の第2バスバー12側がアースされていることから、ガラスヒータアンテナ2をアンテナとして用いることが可能となり、ガラスヒータアンテナ2により受信された信号が第1バスバー11に接続されている給電線15を介して受信機に導かれるようになる。なお、第1バスバー11から見たヒータ線10は先端短絡の伝送線路と見なすことができ、そのインピーダンスは直列共振状態の単純なインピーダンスを示すようになる。この場合、第2バスバー12は直近の車体にアースさせており、これによりインピーダンスがずれることを防止している。
ここで、図1に示すガラスアンテナのインピーダンスの周波数特性を図2に示す。図2においてRinは給電線15の接続点から見たガラスヒータアンテナ2のインピーダンスの実数部であり、Xinはその虚数部である。ただし、ヒータ線10の水平方向の長さが約1m程度とされてガラスヒータアンテナ2は使用周波数帯が76MHz〜108MHzのFM放送の周波数帯とされている。図2に示すインピーダンス特性を見ると、76MHz〜108MHzのFM放送の周波数帯においてインピーダンスの実数部Rinはほぼ一定となり、共振周波数付近でのインピーダンスの虚数部Xinの変化は小さくなっている。これにより、ガラスヒータアンテナ2は、能動素子からなる増幅回路あるいは受動素子からなるインピーダンス整合回路により使用周波数帯において容易にインピーダンス整合することができるようになる。従って、ガラスヒータアンテナ2で受信した広帯域の信号がロスされることなく受信機に伝達できるようになり、広帯域で感度の高い受信システムを構成することができるようになる。なお、第2バスバー12における車体にアースする位置を変化させることにより、ガラスヒータアンテナ2の実効長が変化して、その共振周波数を調整することができるようになる。これにより、車輌サイズによるガラスヒータアンテナ2の共振周波数の変化を第2バスバー12における車体にアースする位置を選ぶことで吸収することができるようになる。さらに、チョークコイルは第1バスバー11だけに必要となることから安価なガラスアンテナとすることができるようになる。
本発明の実施例2のガラスアンテナの構成を図3に示す。実施例2のガラスアンテナはチョークコイルを不要としたものである。
この図に示す本発明の実施例2のガラスアンテナにおいては、自動車のリアガラス1上に複数本のヒータ線20が形成されている。さらに、この複数本のヒータ線20の左端がまとめて接続される第1バスバー21と、複数本のヒータ線20が上半分と下半分に2分割されて2分割された複数本のヒータ線20の右端がそれぞれ接続されている第2バスバー22と第3バスバー24とが複数本のヒータ線20と共にリアガラス1上に形成されている。複数本のヒータ線20,第1バスバー21、第2バスバー22および第3バスバー24は、例えば、線条にリアガラス1上に形成した銀ペースト層を焼付けることにより形成されている。この場合、ヒータ線20の単位長さ当たりの電気抵抗は約0.35Ω/インチとするのが好適であり、ヒータ線20の本数は例えば14本とされその間隔は約20mm〜25mmとされる。
複数本のヒータ線20,第1バスバー21、第2バスバー22および第3バスバー24は、ガラスヒータアンテナ3を構成しており、アンテナエレメントとして共用されている。第1バスバー21は受信機へ受信信号を導くための給電線25が接続されている。第2バスバー22と第3バスバー24との間には図示しないスイッチを介してヒータ線20を発熱させるための電源23が接続されている。第3バスバー24は車体にアースされている。このようなガラスアンテナによりリアガラス1の曇り止めを行う際には、電源23−第2バスバー22−ヒータ線20(上半分)−第1バスバー21−ヒータ線20(下半分)−第3バスバー24−アースの閉回路に電源23が供給されるようになる。これにより、電源23が第2バスバー22から複数本のヒータ線20(上半分)に供給され、さらに、第1バスバー21を介して複数本のヒータ線20(下半分)に供給されて、複数本のヒータ線20が発熱するようになり、この結果リアガラス1が暖められて曇り止めされるようになる。
図3に示す実施例2のガラスアンテナにおいては複数本のヒータ線20の右端が接続されるバスバーを第2バスバー22と第3バスバー24に2分割して、第2バスバー22と第3バスバー24の間に発熱用の電源23を接続していることから、チョークコイルを用いることなくガラスヒータアンテナ3をアンテナとして用いることが可能となり、ガラスヒータアンテナ3により受信された信号が第1バスバー21に接続されている給電線25を介して受信機に導かれるようになる。なお、第1バスバー21から見たヒータ線20は先端短絡の伝送線路と見なすことができ、そのインピーダンスは直列共振状態の単純なインピーダンスを示すようになる。この場合、第3バスバー24を直近の車体にアースさせていると共にコンデンサC0により高周波的に第2バスバー22を直近の車体にアースさせており、これによりインピーダンスがずれることを防止している。
ここで、図3に示す実施例2のガラスアンテナのインピーダンスの周波数特性を図4に示す。図4においてRinは給電線25の接続点から見たガラスヒータアンテナ3のインピーダンスの実数部であり、Xinはその虚数部である。ただし、ヒータ線20の水平方向の長さが約1m程度とされてガラスヒータアンテナ3は使用周波数帯が76MHz〜108MHzのFM放送の周波数帯とされている。図4に示すインピーダンス特性を見ると、76MHz〜108MHzのFM放送の周波数帯においてインピーダンスの実数部Rinはほぼ一定となり、共振周波数付近でのインピーダンスの虚数部Xinの変化は小さくなっている。これにより、ガラスヒータアンテナ2は、能動素子からなる増幅回路あるいは受動素子からなるインピーダンス整合回路により使用周波数帯において容易にインピーダンス整合することができるようになる。従って、ガラスヒータアンテナ2で受信した広帯域の信号がロスされることなく受信機に伝達できるようになり、広帯域で感度の高い受信システムを構成することができるようになる。
なお、実施例2のガラスヒータアンテナ3のインピーダンス特性では、帯域外において反共振が生じており使用可能な周波数帯域は実施例1のガラスアンテナより狭くなっている。また、第2バスバー22における電源23を供給する位置、および、第3バスバー24における車体にアースする位置を変化させることにより、ガラスヒータアンテナ3の実効長が変化して、その共振周波数を調整することができるようになる。これにより、車輌サイズによるガラスヒータアンテナ3の共振周波数の変化を第2バスバー22および第3バスバー24における車体にアースする位置を選ぶことで吸収することができるようになる。さらに、チョークコイルが不要となることから安価なガラスアンテナとすることができるようになる。
本発明の実施例3のガラスアンテナの構成を図5に示す。実施例3のガラスアンテナは実施例2のガラスアンテナの広帯域化を図るようにしたものである。
この図に示す本発明の実施例3のガラスアンテナにおいては、自動車のリアガラス1上に複数本のヒータ線30が形成されている。さらに、この複数本のヒータ線30の左端がまとめて接続される第1バスバー31と、複数本のヒータ線30が上半分と下半分に2分割されて2分割された複数本のヒータ線30の右端がそれぞれ接続されている第2バスバー32と第3バスバー34とが複数本のヒータ線30と共にリアガラス1上に形成されている。さらに、上半分と下半分の2つに分割された複数本のヒータ線30において、上半分のヒータ線30のほぼ中央を互いに短絡する第1短絡線36と、下半分のヒータ線30のほぼ中央を互いに短絡する第2短絡線37とが形成されている。第1短絡線36および第2短絡線37を備える複数本のヒータ線30,第1バスバー31、第2バスバー32および第3バスバー34は、例えば、線条にリアガラス1上に形成した銀ペースト層を焼付けることにより形成されている。この場合、ヒータ線30の単位長さ当たりの電気抵抗は約0.35Ω/インチとするのが好適であり、ヒータ線30の本数は例えば14本とされその間隔は約20mm〜25mmとされる。
第1短絡線36および第2短絡線37を備える複数本のヒータ線30,第1バスバー31、第2バスバー32および第3バスバー34は、ガラスヒータアンテナ4を構成しており、アンテナエレメントとして共用されている。第1バスバー31は受信機へ受信信号を導くための給電線35が接続されている。第2バスバー32と第3バスバー34との間には図示しないスイッチを介してヒータ線30を発熱させるための電源33が接続されている。第3バスバー34は車体にアースされている。このようなガラスアンテナによりリアガラス1の曇り止めを行う際には、電源33−第2バスバー32−ヒータ線30(上半分)−第1バスバー31−ヒータ線30(下半分)−第3バスバー34−アースの閉回路に電源33が供給されるようになる。これにより、電源33が第2バスバー32から複数本のヒータ線30(上半分)に供給され、さらに、第1バスバー31を介して複数本のヒータ線30(下半分)に供給されて、複数本のヒータ線30が発熱するようになり、この結果リアガラス1が暖められて曇り止めされるようになる。
図5に示す実施例3のガラスアンテナにおいては複数本のヒータ線30の右端が接続されるバスバーを第2バスバー32と第3バスバー34に2分割して、第2バスバー32と第3バスバー34の間に発熱用の電源33を接続していることから、チョークコイルを用いることなくガラスヒータアンテナ4をアンテナとして用いることが可能となり、ガラスヒータアンテナ4により受信された信号が第1バスバー31に接続されている給電線35を介して受信機に導かれるようになる。なお、第1バスバー31から見たヒータ線30は先端短絡の伝送線路と見なすことができ、そのインピーダンスは直列共振状態の単純なインピーダンスを示すようになる。この場合、第3バスバー34を直近の車体にアースさせていると共にコンデンサC0により高周波的に第2バスバー32を直近の車体にアースさせており、これによりインピーダンスがずれることを防止している。
ここで、図5に示す実施例3のガラスアンテナのインピーダンスの周波数特性を図6に示す。図6においてRinは給電線35の接続点から見たガラスヒータアンテナ4のインピーダンスの実数部であり、Xinはその虚数部である。ただし、ヒータ線30の水平方向の長さが約1m程度とされてガラスヒータアンテナ4は使用周波数帯が76MHz〜108MHzのFM放送の周波数帯とされている。図6に示すインピーダンス特性を見ると、76MHz〜108MHzのFM放送の周波数帯においてインピーダンスの実数部Rinはほぼ一定となり、共振周波数付近でのインピーダンスの虚数部Xinの変化は小さくなっている。これにより、ガラスヒータアンテナ4は、能動素子からなる増幅回路あるいは受動素子からなるインピーダンス整合回路により使用周波数帯において容易にインピーダンス整合することができるようになる。従って、ガラスヒータアンテナ4で受信した広帯域の信号がロスされることなく受信機に伝達できるようになり、広帯域で感度の高い受信システムを構成することができるようになる。
なお、上半分のヒータ線30のほぼ中央を互いに短絡する第1短絡線36と、下半分のヒータ線30のほぼ中央を互いに短絡する第2短絡線37との作用により、帯域外において反共振が生じることを防止することができ実施例3のガラスアンテナにおける使用可能な周波数帯域を広帯域とすることができる。また、第2バスバー32における電源33を供給する位置、および、第3バスバー34における車体にアースする位置を変化させることにより、ガラスヒータアンテナ4の実効長が変化して、その共振周波数を調整することができるようになる。これにより、車輌サイズによるガラスヒータアンテナ4の共振周波数の変化を第2バスバー32および第3バスバー34における車体にアースする位置を選ぶことで吸収することができるようになる。さらに、チョークコイルが不要となることから安価なガラスアンテナとすることができるようになる。
本発明の実施例4のガラスアンテナの構成を図7に示す。実施例4のガラスアンテナは実施例3のガラスアンテナに異なる周波数帯で使用する他のガラスアンテナを設けるようにしたものである。
この図に示す本発明の実施例4のガラスアンテナにおいては、自動車のリアガラス1上のガラスヒータアンテナ4の上部に自動車電話やテレビ等の異なる周波数帯で使用するガラスアンテナ5が形成されている。ガラスアンテナ5は少なくとも1本以上の線からなり、その両端はそれぞれバスバーに接続されている。ガラスアンテナ5は、例えば、線条にリアガラス1上に形成した銀ペースト層を焼付けることにより形成されている。また、ガラスヒータアンテナ4の構成は上述したとおりであるので、その説明は省略する。なお、ガラスヒータアンテナ4の下部にスペースを設けて、ガラスアンテナ5をガラスヒータアンテナ4の下部に設けるようにしても良い。
ここで、図7に示す実施例4のガラスアンテナのインピーダンスの周波数特性を図8に示す。図8においてRinは給電線35の接続点から見たガラスヒータアンテナ4のインピーダンスの実数部であり、Xinはその虚数部である。ただし、ヒータ線30の水平方向の長さが約1m程度とされてガラスヒータアンテナ4は使用周波数帯が76MHz〜108MHzのFM放送の周波数帯とされている。図8に示すインピーダンス特性を見ると、76MHz〜108MHzのFM放送の周波数帯においてインピーダンスの実数部Rinはほぼ一定となり、共振周波数付近でのインピーダンスの虚数部Xinの変化は小さくなっている。図8に示すように、実施例4におけるガラスヒータアンテナ4はガラスアンテナ5の影響を受けて若干インピーダンス特性は劣化しているものの、能動素子からなる増幅回路あるいは受動素子からなるインピーダンス整合回路により使用周波数帯において容易にインピーダンス整合することができるようになる。従って、ガラスヒータアンテナ4で受信した広帯域の信号がロスされることなく受信機に伝達できるようになり、広帯域で感度の高い受信システムを構成することができるようになる。
次に、実施例4のガラスアンテナを例に挙げてガラスヒータアンテナ4において共振周波数を調整できることを図9および図10を参照して説明する。
図9は実施例4のガラスアンテナの構成を示す図であり、図7に示すように第2バスバー32および第3バスバー34を車体にアースした場合の給電線35の給電点におけるガラスヒータアンテナ4の電圧定在波比(VSWR)の周波数特性と、さらに加えて第2バスバー32の上端の位置AをコンデンサC1により高周波的に車体にアースした際の給電線35の給電点におけるガラスヒータアンテナ4のVSWRの周波数特性を図10に示す。図10を参照すると、位置Aを車体にアース(ショート)することによりVSWRの最良点が高域にずれるようになり共振点が変化していることが分かる。すなわち、車輌サイズによるガラスヒータアンテナ4の共振周波数の変化を第2バスバー32および第3バスバー34における車体にアースする位置を選ぶことで吸収することができるようになる。
以上の説明では車輌に用いるガラスアンテナとして説明したが、これに限ることはなく車輌以外に使用されるガラスアンテナに適用することができる。
本発明の実施例1のガラスアンテナの構成を示す図である。 本発明の実施例1のガラスアンテナのインピーダンスの周波数特性を示すグラフである。 本発明の実施例2ガラスアンテナの構成を示す図である。 本発明の実施例2のガラスアンテナのインピーダンスの周波数特性を示すグラフである。 本発明の実施例3のガラスアンテナの構成を示す図である。 本発明の実施例3のガラスアンテナのインピーダンスの周波数特性を示すグラフである。 本発明の実施例4のガラスアンテナの構成を示す図である。 本発明の実施例4のガラスアンテナのインピーダンスの周波数特性を示すグラフである。 本発明のガラスアンテナにおいて共振周波数の調整を説明するためのガラスアンテナの構成を示す図である。 図9に示す本発明のガラスアンテナのVSWRの周波数特性を示すグラフである。 従来のガラスアンテナの構成を示す図である。 従来のガラスアンテナのインピーダンスの周波数特性を示すグラフである。
符号の説明
1 リアガラス
2 ガラスヒータアンテナ
3 ガラスヒータアンテナ
4 ガラスヒータアンテナ
5 ガラスアンテナ
10 ヒータ線
11 第1バスバー
12 第2バスバー
13 電源
14 チョークコイル
15 給電線
20 ヒータ線
21 第1バスバー
22 第2バスバー
23 電源
24 第3バスバー
25 給電線
30 ヒータ線
31 第1バスバー
32 第2バスバー
33 電源
34 第3バスバー
35 給電線
36 短絡線
37 短絡線
100 リアガラス
102 ガラスヒータアンテナ
110 ヒータ線
111 第1バスバー
112 第2バスバー
113 電源
114 チョークコイル
115 チョークコイル
116 給電線

Claims (2)

  1. ガラス板上に形成されている複数本のヒータ線と、
    該複数本のヒータ線の一方の端部の全てが接続されている第1バスバーと、
    前記複数本のヒータ線の他方の端部の約半分が接続されている第2バスバーと、
    前記複数本のヒータ線の残る他方の端部が接続されていると共に、アースに接続されている第3バスバーと、
    前記第2バスバーに他方の端部が接続されている前記複数のヒータ線の略中央を互いに短絡する第1短絡線と、
    前記第3バスバーに他方の端部が接続されている前記複数のヒータ線の略中央を互いに短絡する第2短絡線と、
    前記第2バスバーとアース間に接続された電源手段とを備え、
    前記第1バスバーに給電線接続されると共に、高周波的にアースさせるコンデンサが前記第2バスバーに接続されることにより、前記複数本のヒータ線、前記第1バスバーないし前記第3バスバーをアンテナエレメントとして共用する際に、前記複数本のヒータ線が前記第1バスバーから先端短絡の伝送線路と見なせるようにしたことを特徴とするガラスアンテナ。
  2. 前記ガラス板の上部あるいは下部に少なくとも1本の線からなる前記アンテナエレメントとは異なる周波数帯で動作する第2アンテナエレメントが形成されていることを特徴とする請求項に記載のガラスアンテナ。
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