JP5119495B2 - 自動車用ガラスアンテナ - Google Patents

Description

本発明は、自動車のフロントガラスに設けられる自動車用ガラスアンテナに関し、特にＡＭ／ＦＭ用のガラスアンテナに関する。

ＡＭ／ＦＭ用のガラスアンテナは、ＡＭ帯の受信に適したガラスアンテナの形状とするとアンテナ素子が大きくなり、波長の違うＦＭ帯の受信感度が低下することがある。その課題を解決する目的で、ＡＭ／ＦＭ帯の双方で高い受信感度を有するＡＭ／ＦＭ用のガラスアンテナが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−４３０８号公報

特許文献１に記載の発明は、自動車のサイドガラス用のガラスアンテナに関する発明であり、２本の並行するアンテナ素子がサイドガラスの全周にわたって形成され、サイドガラスの周縁からある一定の幅を必要とするアンテナ形状であった。一方、フロントガラスにガラスアンテナを設ける場合は、可視領域などの法規制や運転席からの見栄えなどの問題があるため、特許文献１のような周縁からある一定の幅を必要とするガラスアンテナを設置することは難しかった。

本発明は、上記課題に鑑み、狭い領域であっても設置可能であり、ＡＭ／ＦＭ帯で充分なアンテナ利得の得られる自動車用ガラスアンテナを提供するものである。

本発明の自動車用ガラスアンテナは、窓ガラスに設けられた給電部と、該給電部から延伸したアンテナ導体とを備えた自動車用ガラスアンテナにおいて、前記給電部は、前記窓ガラスの側方の周縁部に設けられ、前記アンテナ導体は、前記給電部から前記窓ガラスの側方の周縁部に沿って下方に延伸する垂直エレメントと、前記垂直エレメントから前記窓ガラスの下方の周縁部に沿って水平方向に延伸する水平エレメントとを有し、かつ前記窓ガラスを車両に固定するためのフランジに沿って形成され、
所望の第１の放送周波数帯と該第１の放送周波数帯より帯域が高い所望の第２の放送周波数帯とがあり、前記第２の放送周波数帯の中心周波数における空気中の波長をλ _０２ といい、ガラス波長短縮率をｋ（ただしｋ＝０．６４）といい、λ _ｇ２ ＝λ _０２ ・ｋとするとき、
前記アンテナ導体の全長が、０．２・λ _ｇ２ 以上、０．３４・λ _ｇ２ 以下であることを特徴とする。

本発明によれば、狭い領域であっても設置可能であり、ＡＭ／ＦＭ帯で充分なアンテナ利得の得られる自動車用ガラスアンテナを提供することができる。

本発明に係る実施の形態における自動車用ガラスアンテナについて、図１に基づき説明する。図１は、本実施の形態における窓ガラス１に設けられた自動車用ガラスアンテナの構成図である。
本実施の形態における窓ガラス１は、自動車用のフロントガラスであり、車体の前部の窓枠に固定される。図１は車内側から見た図で、左側のみを図示しており、窓ガラス１は、台形を有している。本実施の形態ではフロントガラスの例を示しているが、本発明においては、フロントガラスに限定されず、サイドガラス、リアガラス、その他車体に固定される窓であればよい。

本実施の形態における自動車用ガラスアンテナは、窓ガラス１の左側周縁部の上下方向における中央付近に設けられた給電部５と給電部５から延伸するアンテナ導体４とから構成される。アンテナ導体４は、給電部５から下方に延伸する垂直エレメント６と、垂直エレメント６の先端から水平方向に延伸する水平エレメント７とからなる。

給電部５は、不図示のＡＶケーブルにより受信装置と接続されている。ＡＶケーブルの一端に電気的に接続するためのコネクタのオス型を接続し、コネクタのメス型を給電部５に実装する構成にすることによって、ＡＶケーブルを給電部５に取り付けしやすくなる。ＡＶケーブルの他端が受信信号を増幅するための増幅回路に接続され、受信装置まで増幅された信号が伝達される。なお、コネクタに増幅回路を内蔵してもよい。
給電部５の形状は、取り付けられるＡＶケーブルの先端形状又はコネクタ等の接続部材の形状（例えば、コネクタの実装面や接触端子の形状）に応じて定められる。例えば、正方形又は長方形等の方形状や多角形状の導電性を有するパターンにより形成されている。なお、円、楕円等の円状でもよい。

図１に示すフランジ端部８は、窓ガラス１を車両に取り付けた際に、車体の窓枠であるフランジの端部が位置する線であり、フランジ端部５より外側は窓ガラス１とフランジとが重なっていることになる。アンテナ導体４は、フランジ端部８に沿うように形成されている。

また、窓ガラス１の周縁に黒セラと称される暗色セラミックペーストの焼成体が形成されており、図１では窓ガラス１の端部２と黒セラの境界線３との間に形成されている。黒セラは窓ガラス１とフランジとの接着部を隠蔽し、接着剤の劣化や見栄えを改善する役割がある。この黒セラが設けられた領域にアンテナ導体４と給電部５とを形成することが、車外からの見栄えの点で好ましい。

垂直エレメント６は、給電部５からフランジ端部８に沿って下方に延伸し、さらにフランジ端部８の左側下方の角部の曲率に沿って曲線を描きながら、水平方向に向いたところまで延伸している。垂直エレメント６の先端からは、窓ガラス１の左右方向における中央部に向かって水平方向に延伸する水平エレメント７が接続されている。また、水平エレメント７もフランジ端部８に沿って延伸している。

本発明においては、アンテナ導体４の寸法は、自動車用ガラスアンテナに受信させたい所望の周波数の中心周波数における空気中の波長λを考慮して決定することが好ましい。本発明では、所望の第１の放送周波数帯と第１の放送周波数帯より帯域が高い所望の第２の放送周波数帯とがあり、第２の放送周波数帯の中心周波数における空気中の波長をλ_０２として、λ_ｇ２＝λ_０２・ｋに換算する。ガラス波長短縮率は、ｋ＝０．６４とした。
本実施の形態における自動車用ガラスアンテナにおいては、アンテナ導体４の全長（ａ+ｂ）が、０．２・λ_ｇ２以上、０．３４・λ_ｇ２以下であることが、ＦＭ放送帯のアンテナ利得を向上させる点から好ましく、さらに好ましくは、０．２５・λ_ｇ２以上、０．２９・λ_ｇ２以下である。

本実施の形態における自動車用ガラスアンテナが、第１の放送周波数帯をＡＭ放送とし、第２の放送周波数帯をＦＭ放送（７６〜９０ＭＨｚ）として、これらの周波数帯を受信するためのものである場合、ＦＭ放送帯の中心周波数は８３ＭＨｚである。
このとき、アンテナ導体４の全長（ａ+ｂ）が、４８０ｍｍ以上、７８０ｍｍ以下であることが、ＦＭ放送帯のアンテナ利得を向上させる点から好ましく、さらに好ましくは、５８０ｍｍ以上、６８０ｍｍ以下である。
また、垂直エレメント６の長さａが、０．０１３・λ_ｇ２以上、０．２５・λ_ｇ２以下であるであることが、ＦＭ放送帯のアンテナ利得を向上させる点から好ましく、さらに好ましくは、０．１２・λ_ｇ２以上、０．２５・λ_ｇ２以下である。

本実施の形態における自動車用ガラスアンテナが、第１の放送周波数帯をＡＭ放送とし、第２の放送周波数帯をＦＭ放送として、これらの周波数帯を受信するためのものである場合には、垂直エレメント６の長さａが、３０ｍｍ以上５８０ｍｍ以下であることがＦＭ放送帯のアンテナ利得を向上させる点から好ましく、さらに好ましくは、２８０ｍｍ以上、５８０ｍｍ以下である。
また、フランジ端部８と垂直エレメント６との平均距離ｃは、２ｍｍ以上８ｍｍ以下であることが、ＡＭ放送帯及びＦＭ放送帯のアンテナ利得を向上させる点から好ましく、さらに好ましくは、６ｍｍ以上８ｍｍ以下である。
また、アンテナ導体４の導体幅は、アンテナとしての機能を有する範囲内において形成されていればよく、本実施の形態では、０．２ｍｍ以上、８ｍｍ以下で形成されている。

次に、本実施の形態における自動車用ガラスアンテナの製造方法について説明する。本実施の形態における車両用ガラスアンテナは、窓ガラスとなるガラス板の室内側に銀ペースト等の導電性金属を含有するペーストをスクリーン印刷等の方法により印刷し、その後焼成させることにより形成される。しかし、この形成方法に限定されることなく、銅線や銅箔等の導電性物質を直接又は樹脂シートに形成した後、窓ガラスの表面に接着剤等により貼着してもよい。窓ガラスが合わせガラスであれば、窓ガラスの内部にこれらを封入してもよい。
本実施の形態における車両用ガラスアンテナを形成された窓ガラスは、自動車等の車体に設けられた窓枠フランジに接着剤等で固定される。フランジは金属材料により形成されており、車両に対する窓ガラスの取り付け角度は、水平方向に対し、１５〜９０°、更には、３０〜９０°であることが好ましい。

〔例１〕（アンテナ導体の全長）
自動車に取り付けられたフロントガラスを用い、図１を車内側から見たものとして自動車用ガラスアンテナを製作し、アンテナ利得の測定を行った。図１において、ａは、垂直エレメント６の長さであり、ｂは、水平エレメント７の長さである。ｃは、フランジ端部８と垂直エレメント６との距離を示している。例１のガラスアンテナの具体的な構成としては、垂直エレメント６の長さａ＝４２０ｍｍとして、垂直エレメント６の上方の端部に２５ｍｍ×１０ｍｍの長方形状を有した給電部５を設け、フランジ端部８と垂直エレメント６との距離ｃ＝２ｍｍとして固定して、水平エレメント７の長さｃを変化させることで、アンテナ導体４の全長（ａ＋ｂ）を変化させてアンテナ利得を測定した。アンテナ導体の全長（ａ＋ｂ）は３８０〜７８０ｍｍまで、１００ｍｍ毎に変化させた。アンテナ導体の導体幅は３ｍｍとした。

具体的な測定方法は以下のとおりである。自動車に対して水平偏波である電波を放射し、周波数を７６〜１０８ＭＨｚの範囲（日米のＦＭ放送帯）で１ＭＨｚ毎に周波数を変化させてアンテナ利得を測定した。電波の発信位置とアンテナ導体４との仰角は水平方向（地面と平行な面を仰角＝０°、天頂方向を仰角＝９０°とする場合、仰角＝０°の方向）とした。このときの上記の自動車用ガラスアンテナの誘起電圧（単位：ｄＢμＶ）とダイポールアンテナの誘起電圧（単位：ｄＢμＶ）を測定し、その差分に６０ｄＢμＶを加えた値を、その条件のときのアンテナ利得とした。この測定を自動車が３６０°回転させる間に角度１°毎に実施し、面積平均を算出した。

上記結果よりアンテナ導体の全長（ａ＋ｂ）毎に平均値を算出し、図２に示す。この図より、アンテナ導体４の全長が、４８０〜７８０ｍｍにおいて、良好なアンテナ利得が得られることがわかる。さらに、５８０〜６８０ｍｍが良い結果となっている。
また、ＦＭ放送帯の中心周波数を８３ＭＨｚとしたときの波長で換算した場合、ガラス波長短縮率ｋを考慮すると、上記のアンテナ導体の全長は、好ましくは、０．２・λ〜０．３４・λであり、より好ましくは、０．２５・λ〜０．２９・λとなる。

〔例２〕（垂直エレメントの長さ）
次に、図１に示す構成の自動車用ガラスアンテナにおいて、垂直エレメント６の長さａを変化させて、アンテナ利得を測定した。具体的な自動車用ガラスアンテナの構成としては、アンテナ導体の全長を６８０ｍｍに固定して給電部５の位置を上下に移動させて垂直エレメント６の長さａを変化させた。垂直エレメント６の長さａは３０、２８０、４３０、５８０及び６６０ｍｍに変化させて測定した。その他の構成及び測定方法は例１と同じである。

上記結果より垂直エレメント６の長さａ毎に平均値を算出し、図３に示す。この図より、垂直エレメントの長さａが、３０〜５８０ｍｍにおいて、良好なアンテナ利得が得られていることがわかる。さらに、２８０〜５８０ｍｍがよい結果となっている。
また、ＦＭ放送帯の中心周波数を８３ＭＨｚとしたときの波長で換算した場合、ガラス波長短縮率ｋを考慮すると、上記の垂直エレメントの長さは、好ましくは、０．０１３・λ〜０．２５・λであり、より好ましくは、０．１２・λ〜０．２５・λとなる。

〔例３〕（フランジ端部と垂直エレメントとの距離）
次に、図１に示す構成の自動車用ガラスアンテナにおいて、フランジ端部８と垂直エレメント６との平均距離ｃを変化させて、アンテナ利得を測定した。具体的な自動車用ガラスアンテナの構成としては、アンテナ導体４の全長を６８０ｍｍ、垂直エレメント６の長さａを４２０ｍｍに固定して、アンテナ導体４と給電部５を、垂直エレメント６がフランジ端部８から近づく、または離れる方向に移動させてフランジ端部と垂直エレメントとの距離ｃを変化させた。フランジ端部と垂直エレメントとの距離ｃは０〜８ｍｍまで、２ｍｍ毎に変化させて測定した。なお、距離ｃが０ｍｍとは、フランジ端部８と垂直エレメント６とは接触しておらず、平面視で重なった状態である。その他の構成及び測定方法は例１と同じである。

上記結果よりフランジ端部と垂直エレメントとの距離ｃ毎に平均値を算出し、図４に示す。この図より、フランジ端部と垂直エレメントとの距離ｃが、２〜８ｍｍにおいて、良好なアンテナ利得が得られていることがわかる。さらに、６〜８ｍｍがよい結果となっている。
また、上記の測定方法において、周波数を５００〜１７００ｋＨｚの範囲（日米のＡＭ放送帯）で２００ｋＨｚ毎に周波数を変化させ、自動車用ガラスアンテナの誘起電圧とダイポールアンテナの誘起電圧を測定し、その差分をアンテナ利得とした場合の測定結果を図５に示す。この図より、フランジ端部と垂直エレメントとの距離ｃが、２〜８ｍｍにおいて、良好なアンテナ利得が得られている。つまり、ＡＭ放送帯、ＦＭ放送帯の両方のアンテナ利得を向上させる点で、フランジ端部と垂直エレメントとの距離ｃを２〜８ｍｍとすることが好ましいことがわかる。さらに、６〜８ｍｍがよい結果となっている。
以上、本発明の実施に係る形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではない。

本実施の形態における自動車用ガラスアンテナの構成図 アンテナ導体の全長とアンテナ利得との相関を示す特性図 垂直エレメントの長さとアンテナ利得との相関を示す特性図 フランジ端部と垂直エレメントとの距離とＦＭ放送帯におけるアンテナ利得との相関を示す特性図 フランジ端部と垂直エレメントとの距離とＡＭ放送帯におけるアンテナ利得との相関を示す特性図

符号の説明

１：窓ガラス
４：アンテナ導体
５：給電部
６：垂直エレメント
７：水平エレメント
８：フランジの端部

Claims (5)

1. 窓ガラスに設けられた給電部と、該給電部から延伸したアンテナ導体とを備えた自動車用ガラスアンテナにおいて、
   前記給電部は、前記窓ガラスの側方の周縁部に設けられ、
   前記アンテナ導体は、前記給電部から前記窓ガラスの側方の周縁部に沿って下方に延伸する垂直エレメントと、前記垂直エレメントから前記窓ガラスの下方の周縁部に沿って水平方向に延伸する水平エレメントとを有し、かつ前記窓ガラスを車両に固定するためのフランジに沿って形成され、
   所望の第１の放送周波数帯と該第１の放送周波数帯より帯域が高い所望の第２の放送周波数帯とがあり、前記第２の放送周波数帯の中心周波数における空気中の波長をλ _０２ といい、ガラス波長短縮率をｋ（ただしｋ＝０．６４）といい、λ _ｇ２ ＝λ _０２ ・ｋとするとき、
   前記アンテナ導体の全長が、０．２・λ _ｇ２ 以上、０．３４・λ _ｇ２ 以下であることを特徴とする自動車用ガラスアンテナ。
2. 前記アンテナ導体の全長が、４８０ｍｍ以上７８０ｍｍ以下である、請求項１に記載の自動車用ガラスアンテナ。
3. 前記垂直エレメントの長さが、０．０１３・λ_ｇ２以上、０．２５・λ_ｇ２以下である、請求項１又は２に記載の自動車用ガラスアンテナ。
4. 前記垂直エレメントの長さが、３０ｍｍ以上５８０ｍｍ以下である、請求項１又は２に記載の自動車用ガラスアンテナ。
5. 前記フランジの端部と前記垂直エレメントとの平均距離は、２ｍｍ以上８ｍｍ以下である請求項１から４のいずれか一項に記載の自動車用ガラスアンテナ。

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