JP5631238B2 - ガラスアンテナ及び窓ガラス、並びにそれらを備えるアンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の窓ガラスに設けられるガラスアンテナ、ガラスアンテナを備える窓ガラス、それらを備えるアンテナ装置に関する。

車両の窓枠に取り付けられる窓ガラスに、アンテナとして機能するガラスアンテナを設けることが知られている。図１は、特許文献１に開示されたガラスアンテナの平面図である。図１に示されるように、窓ガラス１２に設けられるガラスアンテナ１００は、アンテナエレメント１〜４によって構成されたアンテナ導体と、該アンテナ導体に接続された給電部１６と、無給電エレメント５，６によって構成された無給電導体と、該無給電エレメントに接続されたアース部１７とを備えている。給電部１６は、信号処理回路にそのアンテナ導体を電気的に接続するための部位であり、アース部１７は、車両の車体にその無給電導体を電気的に接続するための部位である。

国際公開第２０１０／１１９８５６号パンフレット

ところが、ガラスアンテナと車体側とを接続する配線の経路や車体側の窓枠やその周辺部分の形状などによっては、アース部を車体に接続するためのアース部材を設置するスペースを確保することが難しい場合がある。例えば図２に示されるように、ガラスアンテナと車体側の受信機とを接続するための同軸ケーブル４４がアース部１７の近傍を通るように配索されている車両の場合、同軸ケーブル４４が邪魔になって、アース部１７にアース部材を設置することができない。

この対策として、例えば図３に示されるように、アース部１７を幅広にすることが考えられる。しかしながら、アース部１７を幅広にしてアース部材の設置スペースを確保したとしても、アース部１７の面積が大きくなりすぎて、窓ガラス１２を曲げ成形するために加熱するときに、導体が被覆されたアース部１７と導体が被覆されていない部分とで生ずる熱吸収の差が大きくなる。それによって、アース部１７の周辺に歪みが発生する。

そこで、本発明は、アース部の周辺に生ずる歪みを抑制しつつ、アース部材の設置スペースを容易に確保できる、ガラスアンテナ及び窓ガラス、並びにそれらを備えるアンテナ装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るガラスアンテナは、
車両の窓ガラスに設けられるガラスアンテナであって、
アンテナ導体と、無給電導体と、給電部と、該給電部から離間して配置されたアース部とを備え、
前記給電部は、信号処理回路に前記アンテナ導体を接続するための部位であり、前記アース部は、車体に前記無給電導体を電気的に接続するための部位であり、
前記アース部は、第１のアース部と、該第１のアース部に対して前記給電部とは離れる方向に配置された第２のアース部とを有し、
前記第１のアース部と前記第２のアース部とが、複数の線状エレメントで接続され、
前記無給電導体は、前記第１のアース部から延伸する、ことを特徴とする、ものである。

また、上記目的を達成するため、本発明に係る窓ガラスは、該ガラスアンテナを備えるものである。

また、上記目的を達成するため、本発明に係るアンテナ装置は、該窓ガラスと、前記第２のアース部を車体に接続するためのアース部材とを備えるものである。

本発明によれば、アース部の周辺に生ずる歪みを抑制しつつ、アース部材の設置スペースを容易に確保できる。

アース部１７を備える従来のガラスアンテナ１００の平面図である。 給電構造の斜視図である。 図１のアース部１７の領域を広げたガラスアンテナ２００の平面図である。 本発明の一実施形態であるガラスアンテナ３００の平面図である。 アース部１７Ｂがアース部材３１を介して車体と電気的に接続する構造の一例を示した断面図である。 アース部材３１の斜視図である。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態の説明を行う。なお、形態を説明するための図面において、方向について特に記載しない場合には図面上での方向をいうものとし、各図面の向きは、記号、数字の方向に対応する。また、平行、直角などの方向は、本発明の効果を損なわない程度のズレを許容するものである。また、それらの図面は、窓ガラスが車両に取り付けられた状態での車内視の図であるが、車外視の図として参照してもよい。例えば、窓ガラスが車両の前部に取り付けられるフロントガラスである場合、図面上での左右方向が車幅方向に相当する。また、本発明では給電部とアース部とが基準方向に沿って並んで配置されるとするが、基準方向はガラスアンテナの設置領域によって自由に設定でき、特に車両用の窓ガラスであれば、窓ガラスの縁部に平行な方向、水平方向または鉛直方向に設定されることが好ましい。以下に説明する形態では、車両用窓ガラスが車両に搭載された際の水平面が基準方向となる。なお、本発明は、フロントガラスに限定されず、車両の後部に取り付けられるリヤガラス、車両の側部に取り付けられるサイドガラスであってよい。

図４は、本発明の一実施形態である車両用ガラスアンテナ３００の平面図である。ガラスアンテナ３００は、アンテナ導体及びそのアンテナ導体の近傍に配置された無給電導体、並びに互いに所定の基準方向（例えば、水平又は略水平な方向）に離間する給電部１６及びアース部１７（１７Ａ，１７Ｂ）が車両用窓ガラス１２に平面的に設けられたアンテナである。

ガラスアンテナ３００は、アンテナ導体パターンとして、例えば、第１のエレメントであるアンテナエレメント１と、第２のエレメントであるアンテナエレメント２と、第３のエレメントであるアンテナエレメント３と、第４のエレメントであるアンテナエレメント４とを備える。また、ガラスアンテナ３００は、無給電導体のパターンとして、例えば、第１の無給電エレメントである無給電エレメント５と、第２の無給電エレメントである無給電エレメント６とを備える。

給電部１６は、不図示の信号処理回路にアンテナ導体を接続するための部位であり、アース部１７は、金属からなる車体に無給電導体を電気的に接続するための部位である。車体開口縁１５ａは、窓ガラス１２が取り付けられる窓開口部を形成している車体フランジの端部である。給電部１６とアース部１７は、窓ガラス１２の縁の近傍又は車体開口縁１５ａの近傍に位置しているとよい。ここで、「電気的に接続」とは、導体同士が直接接触して直流的に導通することと、導体同士が所定間隔離れてコンデンサを形成し、高周波的に導通することとを含んでいる。

アース部１７は、第１のアース部であるアース部１７Ａと、アース部１７Ａに対して給電部１６から離れる方向に配置された第２のアース部であるアース部１７Ｂとを有している。アース部１７Ａとアース部１７Ｂとは、複数の線状エレメント（図４には、２本の線状エレメント７Ａ，７Ｂが例示）で接続されている。

したがって、図４に例示されたガラスアンテナ３００によれば、アース部１７を、アース部１７Ａとアース部１７Ｂとに同電位のまま分離することができるので、アース部１７を車体に接続するためのアース部材の設置スペースを容易に確保できる。

例えば、車体、配線、コネクタなどの他部位との物理的な干渉によって、アース部１７Ａにアース部材を設置するスペースが無くても、複数の線状エレメントの長さや延伸方向などを変えることによりアース部１７Ｂの位置を調整することで、アース部材の設置場所を車体と接続しやすい場所に自由に決めることができる。そして、アース部１７Ａとアース部１７Ｂとが線状エレメントで接続されていることにより、アース部１７Ａ，１７Ｂのそれぞれの面積も大きくなりすぎないため、窓ガラス１２を加熱して曲げ成形しても、線状エレメントはもちろんのこと、アース部１７Ａ，１７Ｂ周辺に発生する歪みを抑えることができる。なお、図示していないが、導電性の材料からなる車体側アース部材を、アース部１７Ｂを覆うように車体開口縁１５ａから窓ガラス１２の面内側に向かって突出するように車体フランジに電気的に接続させて設ける。このような車体側アース部材を設けることによって、アース部材を容易に車体に接続させることが可能になる。また、アース部１７Ｂを覆うように窓ガラス１２の面内側に向かって車体開口縁１５ａが突出するように車体フランジを形成させてもよい。

次に、本発明の一実施形態の構成について更に詳細に説明する。

図４において、アンテナエレメント１は、給電部１６を起点に、基準方向に平行且つアース部１７の反対側に向かう方向である第１の方向（図面上では、右方向）に延伸する。アンテナエレメント２は、アンテナエレメント１の第１の方向への延伸の終端である第１の終端部１ｇ（すなわち、給電部１６と反対側の終端）に接続され、アンテナエレメント１に直交且つ窓ガラス１２の外周に対して内側へ向かう方向である第２の方向（図面上では、下方向）に延伸する。アンテナエレメント２は、終端部１ｇを起点に、第２の方向に向けて直線的に延伸してもよいし、第２の方向に向けて湾曲して延伸してもよい。アンテナエレメント３は、アンテナエレメント２の延伸の終端である第２の終端部２ｇを起点に、第１の方向に対して逆向きの方向である第３の方向（図面上では、左方向）に延伸する。そして、アンテナエレメント３の第３の方向への延伸の終端である第３の終端部３ｇが、後述のアンテナエレメント５に対して第１の方向側に位置する（すなわち、アンテナエレメント５に対して右側の領域上に位置する）。アンテナエレメント４は、アンテナエレメント２上の点を起点に、第１の方向に延伸する。図４のアンテナエレメント４の起点は、終端部２ｇを起点に終端部４ｇを終点として第１の方向に延伸する。

なお、アンテナエレメント４は無くてもよいが、アンテナエレメント４が設けられたガラスアンテナは、アンテナエレメント４が設けられていない場合に比べて、ガラスアンテナの平均感度が向上する。

また、無給電エレメント５は、アース部１７Ａを起点に、少なくとも一部が第２の方向に延伸するエレメントである。無給電エレメント６は、上述の基準方向に平行且つ無給電エレメント５上の点を起点に延伸するものである。無給電エレメント６は、アンテナ利得向上の点で、終端部５ｇを通って水平方向に延伸するとよく、図４の場合、終端部５ｇを起点に第３の方向（図面上では、左方向）に終端部６ｇを終点として延伸する。

なお、無給電エレメント６は無くてもよいが、無給電エレメント６が設けられたガラスアンテナは、無給電エレメント６が設けられていない場合に比べて、ガラスアンテナの平均感度が向上する。

ここで、「終端部」は、無給電エレメント又はアンテナエレメントの延伸の終点であってもよいし、その終点手前の導体部分である終点近傍であってもよい。

また、複数の線状エレメントのうち少なくとも２本以上によって、アース部１７Ａとアース部１７Ｂと接続することによって、ガラスアンテナ３００のアンテナ利得が向上する。好ましくは３本以上である。図４の場合、２本の線状エレメント７Ａ，７Ｂそれぞれが、アース部１７Ａとアース部１７Ｂそれぞれの互いに対向する側の辺に接続されている。

線状エレメント７Ａ，７Ｂは、給電部１６とアース部１７とが互いに離間する方向と同じ方向に（言い換えれば、基準方向と同じ方向に）直線的に延伸している。給電部１６とアース部１７の離間方向と同じ方向に線状エレメントを延伸させることにより、線状エレメントを他の方向に延伸してアース部１７Ｂを設ける場合に比べて、ガラスアンテナ３００全体を更に低背化できる。なお、線状エレメントは直線的に延伸していなくてもよく、湾曲して延伸していてもよい。

また、線状エレメント７Ａ，７Ｂの長さは、好ましくは７０ｍｍ以下である。この長さによって、アース部１７Ａとアース部１７Ｂとを離し過ぎずにガラスアンテナの設置領域を小さくすることができ、また、アース部１７Ａから車体への接続点までの最短の導体長を短くすることによりガラスアンテナ３００のアンテナ利得が向上する。さらに好ましくは５０ｍｍ以下である。また、線状エレメント７Ａ，７Ｂの長さは、好ましくは１０ｍｍ以上である。この長さによって、配線、車体の形状にもよるが、アース部材の設置スペースを容易に確保することができる。さらに好ましくは２０ｍｍ以上であり、さらに好ましくは３０ｍｍ以上である。

給電部１６，アース部１７Ａ，１７Ｂ、線状エレメント７Ａ，７Ｂが、車体開口縁１５ａに沿うように配置されることによって、ガラスアンテナ３００全体の低背化をしつつ、アース部材の設置スペースを容易に確保できる。

給電部１６及び給電部１６に接続されたアンテナ導体、アース部１７Ａ，１７Ｂ及びアース部１７Ａを起点に接続された無給電導体、並びに線状エレメント７Ａ，７Ｂは、銀ペースト等の、導電性金属を含有するペーストを窓ガラス板の車内側表面にプリントし、焼付けて形成される。しかし、この形成方法に限定されず、銅等の導電性物質からなる、線状体又は箔状体を、窓ガラスの車両側表面又は車外側表面に形成してもよく、窓ガラスに接着剤等により貼付してもよく、窓ガラス自身の内部に設けてもよい。

複数の線状エレメントの各線幅（各導体幅）の最小値は、プリントされたエレメントの断線を防止する点で、０．４ｍｍ以上が好ましく、０．６ｍｍ以上がより好ましい。また、各線幅の最大値は、ガラスの曲げ成形時に発生する歪みを抑える点で、３．０ｍｍ以下が好ましく、２．８ｍｍ以下がより好ましい。

図５は、アース部１７Ｂがアース部材３１を介して車体と電気的に接続する構造の一例を示した断面図である。アンテナ導体によって受信された電波の受信信号が、図５に示されていない給電部１６とアース部１７Ａとに電気的に接続された導電性部材を介して、信号処理回路に伝達される。一方、アース部１７Ｂを車体に接続するため、アース部材３１がアース部１７Ｂに取り付けられている。このような接続構造にすることによって、アース部１７Ｂ及びアース部１７Ｂに接続された無給電導体を、アース部材３１を介して、車体に確実にアースすることができる。

図５において、１２は車両用窓ガラス、１１はインナーパネル１１ａとアウターパネル１１ｂとからなる車体パネル（全体図省略）であり、その端部は窓ガラス１２を車体に設置するためにＬ字状にフランジが形成されている。１３は車体パネル１１のフランジと窓ガラス１２とを接着する接着剤（又は、パッキン）である。

図６は、アース部材３１の斜視図である。アース部材３１は、弾性の接続部材であって、アース部１７Ｂに半田付けなどによって電気的に接続される接続部３４を有する金属板３５と、金属板３５にアーチ状に湾曲させて設置された弾性板３３とからなる。アース部材３１は、金属板３５をアース部１７Ｂに両面接着テープや接着剤などで接着し、アース部１７Ｂと高周波的に接続させてもよい。アース部１７Ｂに設置されたアース部材３１は、図５に示されるように、窓ガラス１２が車体パネル１１の端部に接着剤１３を介して接着されると、弾性板３３が弾性変形して車体パネル１１と面接触する。これにより、車体側に特別な構成が無くともアース部１７Ｂを車体パネル１１にアース接続することが可能である。

一方、車体パネル１１のアウターパネル１１ｂの車外側表面は、通常塗料などで塗装されて絶縁性の塗料膜３２が形成されており、アース部材３１が接触するだけでは直流的な接続は確保されない。しかし、弾性板３３が弾性変形し塗料膜３２と接触する面積が充分に大きくなることで、アース部材３１は高周波的にアウターパネル１１ｂと接続されるため、アース部１７Ｂを車体にアースすることができる。

また、本発明のガラスアンテナは、信号処理回路との接続に車体側から配索された信号線として同軸ケーブルを用いる場合、同軸ケーブルの一端側において、同軸ケーブルの内部導体が給電部１６に電気的に接続され、同軸ケーブルの外部導体がアース部１７Ａに電気的に接続される。同軸ケーブルと、給電部１６とアース部１７Ａとは半田付けなどで電気的に接続される。同軸ケーブルの外部導体は、アース部１７Ａに電気的に接続されることにより、線状エレメント７Ａ，７Ｂを介してアース部１７Ｂに接続されたアース部材によって車体側アースに接続される。同軸ケーブルの他端側は、車体側に搭載されるアンプなどの信号処理回路に接続される。この場合、同軸ケーブル他端側において、内部導体がアンプの入力部に電気的に接続され、外部導体がアンプのアース部に電気的に接続されるとよい。そして、アンプの出力部はチューナーなどの入力部に電気的に接続される。

また、同軸ケーブルの内部導体と給電部１６とを電気的に接続すると共に同軸ケーブルの外部導体とアース部１７Ａとを電気的に接続するためのコネクタを、給電部１６及びアース部１７Ａに実装する構成を採用してもよい。このようなコネクタによって、同軸ケーブルの内部導体を給電部１６に取り付けることが容易になり、外部導体をアース部１７Ａに取り付けることが容易になる。

例えば、図２に示される端子部材が用いられる。アンテナ側コネクタ４１は、給電部１６とアース部１７Ａとを跨ぐように取り付けられる。アンテナ側コネクタ４１の第１の端子である金属製脚部４２が給電部１６に取り付けられ、アンテナ側コネクタ４１の第２の端子である金属製脚部４３がアース部１７Ａに取り付けられる。また、同軸ケーブル４４は、同軸ケーブル側コネクタ４０に接続されている。

図２は、同軸ケーブル側コネクタ４０が雄型となって、雌型であるアンテナ側コネクタ４１に矢印の方向に嵌合させることによって、同軸ケーブルを給電部１６とアース部１７Ａとに接続させる構造を示している。同軸ケーブル側コネクタ４０とアンテナ側コネクタ４１とが勘合して接続されることによって、同軸ケーブル４４の内部導体が金属製脚部４２を介して給電部１６に接続し、同軸ケーブル４４の外部導体が金属製脚部４３を介してアース部１７Ａに接続される。

また、アンプ等が実装された信号処理回路は、例えば図２に例示されるようにアンテナ側コネクタ４１に内蔵されていてもよい。アンプの入力部は、金属製脚部４２に電気的に接続され、アンプの出力部は、同軸ケーブル４４の内部導体に電気的に接続され、アンプのアース部（信号処理回路２０のアース部と同電位）は、同軸ケーブル４４の外部導体と金属製脚部４３とに電気的に接続されている。この場合、同軸ケーブル４４の他端側は車体側に搭載されるチューナーなどに接続される。このような構成にすることにより、同軸ケーブルを介して信号処理回路に接続させる場合と比較して、同軸ケーブルによって受信信号を伝送する途中で受信信号の減衰が生じる前に、アンテナ側コネクタで受信信号を増幅できるので好ましい。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳説したが、本発明は、上述した実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施形態に種々の変形、改良及び置換を加えることができる。

例えば、本発明は、アンテナ導体、無給電導体、給電部、アース部は、所望のアンテナ利得を有する限り、図４の形態に限られない。具体的にはアンテナ導体及び無給電導体のエレメントの形状は、車種毎に所望の受信周波数に合わせて適宜設定されてよい。図４の形態であれば、地上波デジタルテレビ放送帯のアンテナ利得を向上させることができる。さらに、アース部１７Ｂに無給電導体を設けてもよい。

また、アース部材は、アース部１７Ｂを車体側アースに接続するための機能を有している限り、図６の形態に限られない。例えば、アース部材は、アース部１７Ｂとアース部１７Ｂに車両取り付け状態で対向する車体側部位との間で伸縮可能な突起状の導電性部材であってもよい。または窓ガラスを車体に取り付けられた際に、車体側のアース部１７Ｂと対向する部分にアース部材を設けてもよい。

本発明は、例えば、地上波デジタルテレビ放送、ＵＨＦ帯のアナログテレビ放送及び米国のデジタルテレビ放送、欧州連合地域のデジタルテレビ放送又は中華人民共和国のデジタルテレビ放送を受信する自動車用のアンテナとして利用されると好適である。その他、日本のＦＭ放送帯（７６〜９０ＭＨｚ）、米国のＦＭ放送帯（８８〜１０８ＭＨｚ）、テレビＶＨＦ帯（９０〜１０８ＭＨｚ、１７０〜２２２ＭＨｚ）、車両用キーレスエントリーシステム（３００〜４５０ＭＨｚ）にも利用できる。

また、自動車電話用の８００ＭＨｚ帯（８１０〜９６０ＭＨｚ）、自動車電話用の１．５ＧＨｚ帯（１．４２９〜１．５０１ＧＨｚ）、ＧＰＳ（Global Positioning System）、人工衛星のＧＰＳ信号１５７５．４２ＭＨｚ）、ＶＩＣＳ（登録商標）（Vehicle Information and Communication System：２．５ＧＨｚ）にも利用できる。

さらに、ＥＴＣ通信（Electronic Toll Collection System：ノンストップ自動料金収受システム、路側無線装置の送信周波数：５．７９５ＧＨｚ又は５．８０５ＧＨｚ、路側無線装置の受信周波数：５．８３５ＧＨｚ又は５．８４５ＧＨｚ）、専用狭域通信（ＤＳＲＣ：Dedicated Short Range Communication、９１５ＭＨｚ帯、５．８ＧＨｚ帯、６０ＧＨｚ帯）、マイクロ波（１ＧＨｚ〜３ＴＨｚ）、ミリ波（３０〜３００ＧＨｚ）、及び、ＳＤＡＲＳ（Satellite Digital Audio Radio Service （２．３４ＧＨｚ、２．６ＧＨｚ））の通信に利用してもよい。

１〜４ アンテナエレメント
５，６ 無給電エレメント
１１ 車体パネル
１１ａ インナーパネル
１１ｂ アウターパネル
１２ 窓ガラス
１３ 接着剤（パッキン）
１５ａ 車体開口縁
１６ 給電部
１７ アース部
１７Ａ 第１のアース部
１７Ｂ 第２のアース部
２０ 信号処理回路
３１ アース部材
３２ 塗装膜
３３ 弾性板
３４ 接続部
３５ 金属板
４０ 同軸ケーブル側コネクタ
４１ アンテナ側コネクタ
４２，４３ 金属製脚部
４４ 同軸ケーブル
１００，２００，３００ 車両用ガラスアンテナ

Claims (9)

1. 車両の窓ガラスに設けられるガラスアンテナであって、
   アンテナ導体と、無給電導体と、給電部と、該給電部から離間して配置されたアース部とを備え、
   前記給電部は、信号処理回路に前記アンテナ導体を接続するための部位であり、前記アース部は、車体に前記無給電導体を電気的に接続するための部位であり、
   前記アース部は、第１のアース部と、該第１のアース部に対して前記給電部とは離れる方向に配置された第２のアース部とを有し、
   前記第１のアース部と前記第２のアース部とが、複数の線状エレメントで接続され、
   前記無給電導体は、前記第１のアース部から延伸する、ことを特徴とする、ガラスアンテナ。
2. 前記複数の線状エレメントの各長さは、１０ｍｍ以上７０ｍｍ以下である、請求項１に記載のガラスアンテナ。
3. 前記複数の線状エレメントの各線幅は、０．４ｍｍ以上３．０ｍｍ以下である、請求項１又は２に記載のガラスアンテナ。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載のガラスアンテナが設けられたことを特徴とする、窓ガラス。
5. 請求項４に記載の窓ガラスと、
   前記第２のアース部に、前記車体と電気的に接続するためのアース部材とを備えることを特徴とする、アンテナ装置。
6. 前記アース部材は、弾性の接続部材である、請求項５に記載のアンテナ装置。
7. 車体側から配索された信号線が同軸ケーブルであり、該同軸ケーブルの内部導体が前記給電部に電気的に接続され、該同軸ケーブルの外部導体が前記第１のアース部に電気的に接続される、請求項５又は６に記載のアンテナ装置。
8. 前記給電部と前記第１のアース部には、前記同軸ケーブルの内部導体と前記給電部とを電気的に接続すると共に前記同軸ケーブルの外部導体と前記第１のアース部とを電気的に接続するためのコネクタが実装されている、請求項７に記載のアンテナ装置。
9. 前記コネクタが、前記信号処理回路を備える、請求項８に記載のアンテナ装置。

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