JP5738177B2 - 車両用ガラスアンテナ - Google Patents

Description

本発明は、良好な受信特性を備えたＤＡＢ（Digital Audio Broadcasting）アンテナを実装した車両用ガラスアンテナに関する。

例えば、特許文献１，２，３に、ＤＡＢアンテナが実装された車両用ガラスアンテの技術が開示されている。具体的に、特許文献１には、同文献の図１２に示されるように、Ｌ字形状のＤＡＢアンテナがＡＭアンテナの横に位置しており、ＡＭアンテナと左右で隣り合う配置になっている。また、特許文献２には、同文献の図９に、特許文献３には、同文献の図９に示されるように、ＤＡＢアンテナがＡＭアンテナに組み込まれて配置される構成になっている。

しかしながら、特許文献１、２，３に開示された技術によれば、ＤＡＢアンテナの存在によってＡＭアンテナの配置面積が制限され、その結果、ＡＭアンテナの受信感度が低下する。すなわち、ＡＭアンテナの受信感度はアンテナの配置面積が大きい程高くなるのに対し、ＤＡＢアンテナを配置することによってＡＭアンテナの配置面積が小さくなってその分だけ受信感度が低下することに起因する。

特開２０１０−８１５６７号公報 特開２０１０−１５４５０４号公報 特開２０１０−１２４４４４号公報

本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであり、ＡＭアンテナの受信感度を低下させることなく良好な受信特性を備えたＤＡＢアンテナ等を配置することができる車両用ガラスアンテナを提供することを目的とする。

請求項１に係る車両用ガラスアンテナは、複数の水平素子と垂直素子とからなる第１のアンテナと、前記第１のアンテナが実装される領域の上部に配置され、前記第１のアンテナの最上部に位置する水平素子と容量的に結合する第２のアンテナと、からなり、前記第１のアンテナは、前記複数の水平素子のうち、上部に位置する水平素子と前記水平素子に接する第１の垂直素子と第２の垂直素子とを有し、前記第１の垂直素子と第２の垂直素子とは略平行に、前記第１のアンテナと前記第２のアンテナの受信感度が共に良好な範囲で規定される間隙を有して配置され、前記間隙で一定の高さからなるスリットを形成し、前記第１の垂直素子と第２の垂直素子の最下端は電気的に接続されていることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１記載の車両用ガラスアンテナにおいて、前記間隙は、２〜２０ｍｍの範囲で選択されることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１記載の車両用ガラスアンテナにおいて、前記一定の高さは、略１／４λ以下になるように調整したサイズとすることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１から３のいずれか１項記載の車両用ガラスアンテナにおいて、前記スリットを形成する前記第１の垂直素子は、前記第２のアンテナの給電端子から垂直に延びる仮想直線を基準に、０〜１００ｍｍの間隔を置いて配置されることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１から４のいずれか１項記載の車両用ガラスアンテナにおいて、前記スリットを形成する前記第１の垂直線条素子は、前記第２のアンテナの給電端子から垂直に延びる仮想直線を基準に、０〜６０ｍｍの間隔を置いて配置されることを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、第１のアンテナに形成したスリットが第２のアンテナと容量結合することにより第１のアンテナの一部を第２のアンテナとして動作させることができる。このため、第２のアンテナの存在が第１のアンテナの配置面積を制限することがなくなり、したがって、第１のアンテナの感度を低下させることなく第２のアンテナを配置することができる。

請求項２に係る発明では、所定の間隔は、第１のアンテナと第２のアンテナの受信感度が共に良好な範囲で規定される。発明者らによる評価では、第１のアンテナ、第２のアンテナともに２〜２０（ｍｍ）の範囲で良好な受信感度が得られ、この範囲で調整できることがわかった。

請求項３に係る発明では、一定の高さは、１／４λ以下となるように調整したサイズとした。発明者らによる評価では、２５４（ｍｍ）とした。

請求項４に係る発明では、スリットを形成する第１の垂直素子は、第２のアンテナの給電端子から垂直に延びる仮想直線を基準に、０〜１００（ｍｍ）の間隔を置いて配置される。発明者による評価では、０〜１００（ｍｍ）の間隔を置いて第１の垂直素子を配置することで、第２のアンテナの受信感度が、第１のアンテナがあっても無い状態と同等の感度が得られることがわかった。

請求項５に係る発明では、スリットを形成する第１の垂直素子は、第２のアンテナの給電端子から垂直に延びる仮想直線を基準に、０〜６０（ｍｍ）の間隔を置いて配置される。発明者による評価では、０〜６０（ｍｍ）の間隔を置いて第１の垂直素子を配置することで、第２のアンテナの受信感度が、第１のアンテナがあっても無い状態と同等以上の感度が得られることがわかった。

本実施例に係る車両用ガラスアンテナが取り付けられた車両の平面図である。 本実施例に係る車両用ガラスアンテナの構造を示す図である。 本実施例に係る車両用ガラスアンテナのシミュレーションの条件を説明するために引用した図である。 本実施例に係る車両用ガラスアンテナのシミュレーションによる性能評価のために使用した比較例のアンテナパターンを示す図である。 本実施例に係る車両用ガラスアンテナのシミュレーションによる性能評価の結果を比較例１と対比して示したグラフである。 本実施例に係る車両用ガラスアンテナの感度特性を比較例１，２と対比して示したグラフである。 本実施例に係る車両用ガラスアンテナのシミュレーションによる性能評価の結果を示す図である。 本実施例に係る車両用ガラスアンテナを構成する各素子の寸法の一例を示す図である。

本発明の実施の形態（以下、本実施例という）を添付図に基づいて以下に説明する。

本実施例に係る車両用ガラスアンテナ３０は、図１に示すように、リヤガラス１５に取付けられ、ＡＭアンテナ３１（第１のアンテナ）とＤＡＢアンテナ３２（第２のアンテナ）とを含む。なお、符号３４はデフォッガである。車両１０は、車体１１の左右の前ピラー１２Ｌ、１２Ｒ（Ｌは左、Ｒは右を示す添え字である。以下同じ）間に嵌められるフロントガラス１３と、後ピラー１４Ｌ、１４Ｒ間に嵌められているリヤガラス１５と、前ドア１６Ｌ、１６Ｒに昇降可能に取付けられている前ドアガラス１７Ｌ、１７Ｒと、後ドア１８Ｌ、１８Ｒに昇降可能に取付けられている後ドアガラス１９Ｌ、１９Ｒとからなる、窓ガラスを備えている。符号２０は、ルーフを示す。

なお、ここに示す車両用ガラスアンテナ３０は、ＤＡＢにおける１７４〜２４０［ＭＨｚ］のバンドIIIと、１４５２〜１４９２［ＭＨｚ］のＬバンドの２つの異なる周波数帯と、ＡＭ帯の電波を受信するために設計されたアンテナである。

図２に本実施例に係る車両用ガラスアンテナ３０の構造が示されている。本実施例に係る車両用ガラスアンテナ３０は、ＡＭアンテナ３１（第１のアンテナ）とＤＡＢアンテナ３２（第２のアンテナ）とを含む。

ＤＡＢアンテナ３２は、ＡＭアンテナ３１が実装される領域の上側に配置される給電端子３２ａ（ホット端子）と、この給電端子３２ａを起端に、ＡＭアンテナ３１に向かって延びる１本の垂直素子３２ｃと、この垂直素子３２ｃの他端からＡＭアンテナ３１を構成する１２本の水平素子３１ａ〜３１ｌと略平行に延びる１本の水平素子３２ｄとにより構成される。ＤＡＢアンテナ３２は、後述するように、ＡＭアンテナ３１の最上部に位置する水平素子３１１と容量結合するように構成される。

ＡＭアンテナ３１は、ＡＭアンテナ３１を構成する複数の水平素子３１ａ〜３１ｌのうち、上部に位置する水平素子３１１とこの水平素子３１１に接する垂直素子３３ａと垂直素子３３ｂとを有する。この垂直素子３３ａと垂直素子３３ｂとは略平行に、ＡＭアンテナ３１とＤＡＢアンテナ３２の受信感度が共に良好な範囲で規定される間隙ｄを有して配置され、この間隙ｄにより一定長のスリット３３を形成する。このとき垂直素子３３ａと垂直素子３３ｂの最下端は電気的に接続されている。なお、ルーフ２０にはＤＡＢアンテナ３２の給電端子３２ｂ（グランド端子）が接続されている。

上記構成によれば、ＡＭアンテナ３１に形成されるスリット３３がＤＡＢアンテナ３２と容量結合し、当該スリット３３を含めてＤＡＢアンテナ３２として動作させることができる。このように、ＤＡＢアンテナ３２のためにＡＭアンテナ３１の実装面積を小さくする必要がなくなるため、ＡＭアンテナ３１の感度を低下させることなくＤＡＢアンテナ３２を設計することができる。

以下にその根拠について説明する。発明者らはＤＡＢアンテナ３２の受信帯域である周波数１７４〜２４０ＭＨｚでシミュレーションを行った。シミュレーションの条件は、図３に車両の右側面図が示されるように、リヤガラス１５の傾斜角を３０度とした。また、ルーフ２０にアンテナのグランド端子が繋がっており、ルーフ２０のｙ方向は無限大とする。

また、図４（ａ）に示すように、ＡＭアンテナが無くＤＡＢアンテナ３２のみが実装されたガラスアンテナと、図４（ｂ）に示すように、ＡＭアンテナ３１を含むＤＡＢアンテナ３２が実装されたガラスアンテナとを、それぞれ比較例１，比較例２として車両１０のガラス面に設置し、３ＭＨＺ間隔の周波数毎にｘｙ平面の垂直偏波の指向性と感度を求め、全ての周波数での平均感度を算出した。なお、ルーフ２０は無限大（∞）であるが、図４（ａ）（ｂ）では、アンテナ構造を示すため有限のものとして描かれてある。

上記した条件の下でシミュレーションした結果を以下の表に纏めた。

上記の表によれば、ＡＭアンテナ３１が無い比較例１の場合の平均感度が−１３．７（ｄＢｄ）、ＡＭアンテナ３１がある比較例２の場合の平均感度が−２１．１（ｄＢｄ）となっている。比較例１は、ＡＭアンテナが無い状態でＤＡＢアンテナ３２の平均感度が最大になるようにアンテナ長を調整したもので、ＡＭアンテナが存在しないために理想的な感度が得られた。比較例２は、ＡＭアンテナ３１の実装領域への侵入を回避するため、ＤＡＢアンテナ３２をＬ字型に折り曲げており、比較例１と比べて平均感度が低下している。これは、垂直偏波にとって理想的な垂直方向のアンテナエレメントを形成することができないためである。

次に、図１に示した実施例の車両用ガラスアンテナ３０において、スリット３３の位置と平均感度との関係をシミュレーションし、横軸にスリットの位置ｌを、縦軸にダイポール比（平均感度）を目盛った感度特性グラフを図５と以下の表に纏めた。なお、ここでいうスリット位置とは、ＤＡＢアンテナ３２の給電点（ホット端子３２ａ）から垂直に延びる仮想直線ｘを基準にＡＭアンテナ３１の垂直素子３３ａまでの距離をいう。

図５の感度特性、あるいは上記の表によれば、本実施例において、比較例１の感度と同等以上のスリット位置ｌとして採り得る範囲は０〜１３０（ｍｍ）であるが、より好ましい範囲は０〜１００（ｍｍ）であり、最も好適には、０〜６０（ｍｍ）であった。例えば、スリット位置ｌが４０（ｍｍ）のとき、平均感度が、比較例では−１３．７（ｄＢｄ）であったのに対し、実施例では−１１．６（ｄＢｄ）であった。このように、適切な位置にスリット３３を設けることで、ＡＭアンテナ３１があってもＡＭアンテナが無い図４（ａ）に示す比較例１と同等以上の感度が得られる。この理由は、スリット３３がＤＡＢアンテナ３２と容量結合することによって、全体としてＤＡＢアンテナ３２にとって理想的な垂直方向のエレメントと等価に動作するためである。

なお、スリット３３ではなく、ＡＭアンテナ３１の最上部に位置する水平素子３１ａから最下部に位置する水平素子３１ｌまでを縦断する垂直素子を設けても同様の効果が得られる。しかしながらこのような垂直素子の場合、例えば、ＡＭアンテナ３１をＦＭアンテナと共通で用いた場合、または別素子であっても、両者が容量結合している場合はＦＭ感度を低下させる可能性のあることが経験的に知られており、ＦＭアンテナとＤＡＢアンテナ３２の設計を困難にするため望ましいことではない。

次に、上記した比較例１，２と実施例のガラスアンテナ３０を車両のリヤガラス１５に取り付け、電波暗室で実測した結果をシミュレーション結果とともに、図６および以下の表に示す。

図６（ａ）はシミュレーション結果、図６（ｂ）は実測結果に基づく感度特性を示すグラフである。この図６（ａ）（ｂ）、あるいは上記した表から明らかなように、実測結果もシミュレーション結果と概略類似しており、したがって、ＡＭアンテナ３１があってもＡＭアンテナが無い図４（ａ）に示す比較例１と同等以上の感度が得られることが確かめられた。

次に、実施例の車両用ガラスアンテナ３０について、スリット幅ｄと平均感度との関係をシミュレーションした結果を、図７、および以下の表に示す。

図７は、横軸にスリット幅ｄ（ｍｍ）が、縦軸にＤＡＢアンナテ３２とＡＭアンテナ３１のそれぞれの感度（ｄＢｄ，ｄＢｕＶ）が目盛られた感度特性図である。ここでいうスリット幅とは、図２に示すスリット３３を構成するＡＭアンテナ３１の垂直素子３３ａと垂直素子３３ｂとの間隔ｄをいう。シミュレーションの結果、ＤＡＢアンテナ３２、ＡＭアンテナ３１ともに好適な感度が得られたスリット幅ｄは、２〜２０ｍｍの範囲であった。

ここで、スリット３３の高さについて補足する。ここでいうスリット３３の高さ（アンテナ長）は、ＤＡＢアンテナ３２の給電端子３２ａ（ホット端子）からＡＭアンテナ３１の最下部に位置する水平素子３１ｌまでの距離をいう。上記したシミュレーションに用いたアンテナ長は、図８にその寸法が示されるように２６０（ｍｍ）である。なお、理論的に必要なアンテナ長をλ／４と仮定すれば、ＤＡＢ周波数帯域の中心周波数２９７（ＭＨｚ），短縮率０．７とした場合、λ／４＝３００／２０７／４×０．７＝２５４（ｍｍ）である。したがって、このアンテナ長がλ／４になるようにスリット３３の高さを調整する必要がある。

なお、上記したアンテナ長は、ＡＭアンテナ３１を構成する１２本の水平素子３１ａ〜３１ｌのうち、底辺（最下段に位置する）にする水平素子を選択することで調整が可能である。ＡＭアンテナ３１の設計上十分なアンテナ長を採ることができず、この場合、λ／４以下になることもある。

以上説明のように、本実施例に係る車両用ガラスアンテナ３０によれば、複数の水平素子３１ａ〜３１ｌと垂直素子３２ａ，３２ｂとからなるＡＭアンテナ３１と、ＡＭアンテナ３１が実装される領域の上部に配置され、ＡＭアンテナ３１の最上部に位置する水平素子３１ａと容量的に結合するＤＡＢアンテナ３２と、を含む。そして、ＡＭアンテナ３１は、複数の水平素子３１ａ〜３１ｌのうち、上部に位置する水平素子３１ａとこの水平素子３１ａに接する第１の垂直素子３２ａと第２の垂直素子３２ｂとを有し、第１の垂直素子３２ａと第２の垂直素子３２ｂとは略平行に、ＡＭアンテナ３１とＤＡＢアンテナ３２の受信感度が共に良好な範囲で規定される間隙ｄを有して配置され、この間隙ｄで一定の高さからなるスリット３３を形成し、第１の垂直素子３２ａと第２の垂直素子３２ｂの最下端は電気的に接続されている。このＡＭアンテナ３１に形成したスリット３３がＤＡＢアンテナ３２と容量結合することによりスリット３３をＤＡＢアンテナ３２として動作させることができる。このため、ＤＡＢアンテナ３２の存在がＡＭアンテナ３１の配置面積を制限することがなくなり、したがって、ＡＭアンテナ３１の感度を低下させることなくＤＡＢアンテナ３２を設計することができる。

また、本実施例に係る車両用ガラスアンテナ３０によれば、スリット幅（ＡＭアンテナ３１の垂直素子３３ａと垂直素子３３ｂとの間隔ｄ）は、ＡＭアンテナ３１とＤＡＢアンテナ３２の受信感度が共に良好な範囲で規定され、発明者らの評価によれば２〜２０ｍｍの範囲で良好な受信感度が得られ、この範囲で調整できることがわかった。また、ＤＡＢアンテナ３２の給電端子（ホット端子３２ａ）から垂直に延びる仮想直線ｘを基準にＡＭアンテナ３１の垂直素子３３ａまでの距離で示されるスリット３３の位置は、発明者らによる評価では、０〜１００ｍｍ（より好適には０〜６０ｍｍ）の範囲で、ＡＭアンテナ３１があっても無い状態と同等の感度が得られることがわかった。このことにより本発明によれば、ＡＭアンテナの受信感度を低下させることなく良好な受信特性を備えたＤＡＢアンテナ等を配置可能な、車両用ガラスアンテナ３０を提供することができる。

１０…車両、２０…ルーフ、３０…車両用ガラスアンテナ、３１…ＡＭアンテナ（第１のアンテナ）、３１ａ〜３１ｌ…水平素子、３２…ＤＡＢアンテナ（第２のアンテナ）、３２ａ…給電端子（ホット端子）、３２ｂ…給電端子（グランド端子）、３２ｃ…垂直素子、３２ｄ…水平素子、３３…スリット、３３ａ，３３ｂ…垂直素子

Claims (5)

1. 複数の水平素子と垂直素子とからなる第１のアンテナと、
   前記第１のアンテナが実装される領域の上部に配置され、前記第１のアンテナの最上部に位置する水平素子と容量的に結合する第２のアンテナと、からなり、
   前記第１のアンテナは、
   前記複数の水平素子のうち、上部に位置する水平素子と前記水平素子に接する第１の垂直素子と第２の垂直素子とを有し、前記第１の垂直素子と第２の垂直素子とは略平行に、前記第１のアンテナと前記第２のアンテナの受信感度が共に良好な範囲で規定される間隙を有して配置され、前記間隙で一定の高さからなるスリットを形成し、前記第１の垂直素子と第２の垂直素子の最下端は電気的に接続されていることを特徴とする車両用ガラスアンテナ。
2. 前記間隙は、
   ２〜２０ｍｍの範囲で選択されることを特徴とする請求項１記載の車両用ガラスアンテナ。
3. 前記一定の高さは、
   略１／４λ以下になるように調整したサイズとすることを特徴とする請求項１記載の車両用ガラスアンテナ。
4. 前記スリットを形成する前記第１の垂直素子は、
   前記第１のアンテナが実装される領域の上側に配置される前記第２のアンテナの給電端子から垂直に延びる仮想直線を基準に、０〜１００ｍｍの間隔を置いて配置されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の車両用ガラスアンテナ。
5. 前記スリットを形成する前記第１の垂直素子は、
   前記第２のアンテナの給電端子から垂直に延びる仮想直線を基準に、０〜６０ｍｍの間隔を置いて配置されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の車両用ガラスアンテナ。

Images