JP6471753B2 - アンテナ用コイル及びアンテナシステム - Google Patents

Description

本発明は、アンテナ用コイル及びアンテナシステムに関する。

従来、自動車用窓ガラスに形成された、複数のヒータ線とそれらのヒータ線の端部を接続して給電するバスバーからなる通電加熱式のデフォッガをアンテナもしくはアンテナの一部として利用する技術が知られている。

一般的に、デフォッガをアンテナとして使用する場合、バスバーと電源及びグランドとの間にそれぞれコイルを接続し、直流電流は流すが、デフォッガで受信する周波数帯の信号は遮断する必要がある。

しかし、デフォッガには数アンペア〜数十アンペアと比較的大きな電流が流れるため、太い導線を使った電流容量の大きなコイルを設ける必要があり、コイル全体が大型化し、高重量となる問題が生じていた。

例えば、特許文献１では、導体を二重巻きにすることで、従来の一重巻きのコイルと比較してコイルのサイズを小型化し、さらに内部に挿入するフェライトコアの長さを短くできるため、重量を減らしたコイルが開示されている。

特開２００７−６７１７１号公報

ところが、引用文献１のような二重巻きのコイルを用いると、二重巻きの部分で内側巻線と外側巻線とが近接しているため、内側巻線と外側巻線の間で容量結合することにより、コイルの所望の周波数帯でのインピーダンスが低下してしまう。これにより、単に二重巻きのコイルを用いると、デフォッガで受信する所望の周波数帯の信号に対して充分な遮断性能が得られないという問題が生じていた。

そこで本発明は、コイルのサイズが小型で、かつ所望の周波数帯で高いインピーダンスが得られるアンテナ用コイル及びアンテナシステムを提供する。

一つの形態によれば、フェライトコアと、前記フェライトコアを軸として導線が巻かれた構成である巻線導体と、を備えるコイルであって、前記巻線導体は、前記軸に垂直な面から見たとき、内側に位置する内側巻線と、前記内側巻線の外側に位置する外側巻線とを有し、前記軸に平行な面から見たときの前記外側巻線の長さと、前記内側巻線の長さとが異なり、前記コイルは、ＡＭ帯の周波数全域において４ｋΩ以上のインピーダンスとなっていることを特徴とするアンテナ用コイルを提供する。

本発明によれば、コイルのサイズが小型で、かつ所望の周波数帯で高いインピーダンスが得られるアンテナ用コイル及びアンテナシステムを提供する。

本実施形態に係るアンテナ用コイルを自動車用窓ガラス板に取り付けた場合における、アンテナシステムの接続構成例を示す図である。 本実施形態のアンテナ用コイルを用いたコイル装置の平面図である。 本実施形態のアンテナ用コイルを形成する巻線導体の斜視図である。 巻線導体をコイルの軸に平行な面から見た図である。 巻線導体をコイルの軸に垂直な面から見た図である。 本実施形態におけるアンテナ用コイルの特性を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、形態を説明するための図面において、線の平行、直角、角部の曲率などは、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、自動車用窓ガラスの図面は、自動車用窓ガラスが自動車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。また、図面上での左右方向が車幅方向に相当する。

なお、以下の実施形態の説明では、デフォッガで受信する周波数はＡＭ帯（５２０〜１７１０ｋＨｚ）を想定して述べるが、コイルの特性はこれに限定されず、所望の周波数に応じて定数を定めればよい。

＜コイル装置を使ったアンテナシステム全体の説明＞
図１は、本実施形態に係るアンテナ用コイルを自動車用窓ガラス板に取り付けた場合における、アンテナシステムの接続構成例を示す図である。

ガラスアンテナ付き自動車用窓ガラス１００の自動車用窓ガラス板１１０は、通電加熱式のデフォッガ（１１３、１１６）と、第１のアンテナ導体（１２２、１２６）及び第１のアンテナ導体用の給電点１２１を含むガラスアンテナ１２０とを有している。

デフォッガは、上下に分割されており、上に位置する第１のデフォッガ１１３と、第１のデフォッガ１１３よりも下に位置する第２のデフォッガ１１６とを含む。第１のデフォッガ１１３は第１の複数のヒータ線１１１及び第１の一対のバスバー１１２から構成されており、第２のデフォッガ１１６は第２の複数のヒータ線１１４及び第２の一対のバスバー１１５から構成されている。

第１の複数のヒータ線１１１及び第２の複数のヒータ線１１４は、自動車に装着された状態で見た時、自動車ガラスの左右方向に伸長されており、第１の一対のバスバー１１２及び第２の一対のバスバー１１５は上下方向に伸長されている。第１の複数のヒータ線１１１は第１の一対のバスバー１１２に両端が接続され、第２の複数のヒータ線１１４は第２の一対のバスバー１１５に両端が接続されている。第１のデフォッガ１１３の上方の余白部には、第１のアンテナ導体が設けられている。

第１のアンテナ導体は、領域形成エレメント１２２と第１のアンテナエレメント１２６とを有する。

領域形成エレメント１２２は、両端部が第１の一対のバスバー１１２に接続され、第１のデフォッガ１１３の上部の余白部に、第１のデフォッガ１１３と領域形成エレメント１２２とで閉ざされた空白領域１２３を形成するように、自動車用窓ガラス板の外縁に沿って設けられる。

なお、領域形成エレメント１２２は黒色遮蔽膜１１７によって隠蔽される領域に設けられていることが、美観の点から望ましい。黒色遮蔽膜１１７は、自動車用窓ガラス板１１０の外縁から所定の幅で設けられており、図１では自動車用窓ガラス板１１０の外縁から破線（黒色遮蔽膜の端部１１９）までの領域を指す。黒色遮蔽膜１１７は、車体金属部との接合部分の接着剤の劣化防止及び美観の観点から設けられている。

なお、図１では領域形成エレメント１２２の両端部は第１の一対のバスバー１１２にそれぞれ接続するように示されているが、領域形成エレメント１２２の端部のいずれかもしくは両方の端部が第１の複数のヒータ線１１１の任意の箇所と接続していてもよい。すなわち、領域形成エレメント１２２は、第１のデフォッガ１１３と接続されていればよい。

第１のアンテナエレメント１２６は、空白領域１２３の内側に設けられる。第１のアンテナエレメント１２６は、第１の水平エレメント１２７と第１の接続エレメント１２８を有する。

第１の水平エレメント１２７は、第１のデフォッガ１１３に近接し、第１のデフォッガ１１３に沿って延伸し、第１の接続エレメント１２８を介して給電点１２１に接続される。

このような第１のデフォッガ１１３をアンテナの一部として利用する第１のアンテナ導体を設けることで、得られるアンテナ利得が増大する。

なお、第１のアンテナ導体の構成は、本実施形態に限定されない。すなわち、第１のアンテナ導体は、第１のデフォッガ１１３と電気的に接続するアンテナエレメントを有していればよい。第１のアンテナ導体が第１のデフォッガ１１３と電気的に接続することで、本アンテナシステムにおいて得られるアンテナ利得が向上する。

ここで、「電気的に接続」とは第１の水平エレメント１２７と第１のデフォッガ１１３とが所定間隔離れ、高周波的に導通することを含んでいる。

また、第１の水平エレメント１２７は第１の接続エレメント１２８を介さずに直接、給電点１２１と接続してもよい。

給電点１２１は、第１のアンテナ導体を所定の導電性部材を介してアンプ１１８等の信号処理回路に電気的に接続するための部位である。導電性部材として、例えばＡＶ線などの給電線が用いられる。アンプ等の信号処理回路を給電点１２１に電気的に接続するためのコネクタを、給電点１２１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、ＡＶ線等を給電点１２１に取り付けることが容易になる。また、給電点１２１に突起状の導電性部材を設置し、自動車用窓ガラス板１１０が取り付けられる車体フランジに設けられた接続部にその突起状の導電性部材が接触、嵌合するような構成としてもよい。アンプ１１８で増幅された電気信号は、図示しない受信機に供給される。

自動車は、直流電源を供給する車載バッテリー１６５を備える。第１のデフォッガ１１３は、車載バッテリー１６５から第１の一対のバスバー１１２と第１の複数のヒータ線１１１を通ってグランドに電流が流れることで加熱され、自動車用窓ガラスを温め、自動車用窓ガラスの曇りを防ぐ機能を有する。本実施形態におけるコイルは、車載バッテリー１６５と第１のデフォッガ１１３との間及び第１のデフォッガ１１３とグランドとの間に設けられる。

図１では、車載バッテリー１６５と第１のデフォッガ１１３との間及び第１のデフォッガ１１３とグランドとの間に設けられた２つのコイルとコンデンサ１６３とをまとめて、点線で囲まれたコイル装置１６４として表している。コイル装置１６４は、第１のコイル１６１、第２のコイル１６２とコンデンサ１６３とからなる。

第１のコイル１６１及び第２のコイル１６２は、直流電流は流すが、デフォッガで受信する周波数帯の信号は遮断する。本実施形態では、第１のデフォッガ１１３はアンテナとして利用されており、受信する周波数はＡＭ帯（５２０〜１７１０ｋＨｚ）を想定している。そのため、第１のコイル１６１、第２のコイル１６２の定数は、少なくともＡＭ帯に対してハイインピーダンスになっていればよく、望ましくはＡＭ帯の全域において４ｋΩ以上、より望ましくは４．５ｋΩ以上のインピーダンスを有することが好ましい。

コンデンサ１６３は、電源や車内配線からのノイズが第１のデフォッガ１１３及び第２のデフォッガ１１６に流れ、アンテナ受信性能に影響を及ぼすことを防止する。しかし、本実施形態に限定されず、電源からのノイズが少ない場合には、コンデンサ１６３は設けなくてもよい。

本実施例のように、デフォッガを上下に分割し、上記のようなデフォッガの一部をアンテナとして利用したパターンとすると、第１のコイル１６１、第２のコイル１６２に必要な電流容量を下げられ、線形の細い導線を使ってコイルをさらに小型化できるため好ましい。

＜アンテナ用コイルの説明＞
次に、コイル装置１６４の構成例について説明する。図２は、本実施形態によるアンテナ用コイルを用いたコイル装置１６４の平面図である。図２より、コイル装置１６４は、フェライトコア２０２と、フェライトコア２０２を軸として巻かれた巻線導体２０３で構成される第１のコイル１６１及び第２のコイル１６２と、それらを保持する絶縁性のベース部材２０４と、コンデンサ１６３を備える。

フェライトコア２０２は断面が円形で、２つのコ字状の部材を巻線導体２０３の中空部分で接合させて全体としてループ状を構成する。この場合、巻線導体２０３は別の治具によって予め作成しておき、巻線導体２０３の両端部から２つのコ字状の部材を挿入して接合させればよい。しかしフェライトコア２０２は本実施形態に限定されず、例えば、断面が多角形でも良く、全体として棒状であってもよい。

ベース部材２０４には、円柱状に形成されたフェライトコア２０２に、所望の巻数で導線を巻き回した第１のコイル１６１及び第２のコイル１６２が接着材等で固定される。

また、コイル装置１６４は、第１の接点２１１、第２の接点２１２、第３の接点２１３、第４の接点２１４、第５の接点２１５、第６の接点２１６、第７の接点２１７を有する。

ここで、第１の接点２１１は、コイル装置１６４自体を車載バッテリー１６５に接続する。第２の接点２１２は、車載バッテリー１６５とコンデンサ１６３とを接続する。第３の接点２１３は、コンデンサ１６３をグランドに接続する。第４の接点２１４は、車載バッテリー１６５と第１のコイル１６１とを接続する。第５の接点２１５は、第１のコイル１６１と第１のデフォッガ１１３とを接続する。第６の接点２１６は、第１のデフォッガ１１３と第２のコイル１６２とを接続する。第７の接点２１７は、第２のコイル１６２をグランドに接続する。

また、第１のコイル１６１の及び第２のコイル１６２は、導線が部分的に二重巻きにまかれ、コイルの途中部で段を有する構成である。ここでコイルを形成する巻線導体２０３の斜視図を図３に示し、コイルの軸に平行な面から見た図を図４に、コイルの軸に垂直な面から見た図を図５に示す。

これらの図より、巻線導体２０３は内側に位置する内側巻線３０１と、内側巻線３０１の外側に位置する外側巻線３０２とを有する。

図４に示すように、コイルの軸に平行な面から見たとき、内側巻線３０１は、巻線導体２０３の第１の端部３０５から第２の端部３０６まで設けられ、巻線導体２０３の全長を形成する。すなわち、内側巻線３０１の長さＷ１が巻線導体２０３の全長となる。

ここで、巻線導体２０３の全長とは、巻かれた導線を引き延ばしたときの長さではなく、導線が巻かれた状態での全長、すなわちコイルの軸に平行な面から見たときの横方向の全長を示す。同様に、内側巻線３０１、外側巻線３０２の長さも巻かれた導線を引き延ばしたときの長さではなく、導線が巻かれた状態でのコイルの軸に平行な面から見たときの横方向の長さを示す。

一方、外側巻線３０２は、内側巻線３０１から連続した導線で、第２の端部３０６から第１の端部３０５方向に巻かれ、外側巻線３０２の長さＷ２を形成する。ここで、外側巻線３０２の長さＷ２は、巻線導体２０３の全長（内側巻線３０１の長さ）Ｗ１よりも小さい。

このように外側巻線３０２の長さＷ２を内側巻線３０１の長さＷ１よりも小さくすることで、内側巻線３０１に対する、内側巻線３０１と外側巻線３０２とが重なる部分の長さ、すなわちＷ２の長さを小さくできる。その結果、内側巻線３０１と外側巻線３０２との巻線間の容量結合による、所望の周波数帯でのインピーダンスの低下を抑えることができる。

外側巻線３０２の長さは、内側巻線３０１の長さの４０％以上９５％以下、好ましくは５０％以上８５％以下、より好ましくは６０％以上８０％以下であることが望ましい。

外側巻線３０２の長さＷ２を内側巻線３０１の長さＷ１より小さくするには、例えば、外側巻線３０２の巻数を内側巻線３０１の巻数よりも少なくすればよい。外側巻線３０２の巻数は、内側巻線３０１の巻数の４０％以上９５％以下、好ましくは５０％以上８５％以下、より好ましくは６０％以上８０％以下であることが望ましい。

また、巻線導体２０３の巻始めである始点３０３は、巻線導体２０３の巻終わりである終点３０４と距離Ｗ３だけ隔てて設けられている。始点３０３と終点３０４が近い位置に存在すると（例えば、Ｗ３≒０）、始点３０３と終点３０４間での容量結合が大きくなり、所望の周波数帯でのインピーダンスが低下する傾向がある。したがって、始点３０３と終点３０４とを離して設けることで、始点３０３と終点３０４の間での容量結合を低減でき、さらに所望の周波数帯でのインピーダンスの低下を抑えることができる。

始点３０３は第１の端部３０５に設けられ、終点３０４は第１の端部３０５と第２の端部３０６との間に設けられることが好ましい。また、始点３０３と終点３０４との距離Ｗ３は、巻線導体の全長の５％以上６０％以下、好ましくは１５％以上５０％以下、さらに好ましくは２０％以上４０％以下であることが望ましい。

また、巻線導体２０３の第１の接続点３０７と第２の接続点３０８とは、第１の端部３０５側に設けられている。このように第１の接続点３０７と第２の接続点３０８とを同一の端部側に設けることで、コイル装置１６４として組み立てる際の接合作業が簡便となる。

なお、本実施形態では内側巻線３０１が巻線導体２０３の全長を構成し、外側巻線３０２が巻線導体２０３の全長よりも小さい長さである例を示したが、本実施形態に限定されない。すなわち、外側巻線３０２が巻線導体２０３の全長を構成し、内側巻線３０１が巻線導体２０３の全長よりも小さい長さで巻かれた構成であってもよい。この場合、内側巻線３０１と外側巻線３０２とのコイルの軸に平行な面から見たときの横方向の長さ及び巻数の関係は、上述した外側巻線３０２と内側巻線３０１との関係と同様とすることができる。

なお、本実施形態では、内側巻線３０１の外側に外側巻線３０２が巻かれた２段になっている構成を示したが、本実施形態に限定されない。すなわち、外側巻線３０２のさらに外側に導線を巻いて、巻線導体２０３を３段以上の構成としてもよい。

例えば、外側巻線３０２の巻終わりから第２の端部３０６方向に、外側巻線３０２の外側に第２外側巻線を設けた場合、始点３０３と終点３０４とを離すことができるため好ましい。また、この場合、巻線導体２０３を構成する導線の全長を同一とすれば、２段で構成される巻線導体２０３に比べ、コイルの軸に平行な面から見たときの横方向の巻線導体２０３の全長をさらに短くできるため、コイルの全長及びフェライトコア２０２の長さをさらに小さくすることができ、小型化及び軽量化が可能となる。

また、第２外側巻線を設けた場合、第２外側巻線は第１の接続点３０７とは離れる方向に巻き回されているが、第２の接続点３０８を第１の接続点３０７側に形成し、接続点を一方向に集めた方が接合作業が簡便になるため好ましい。

次に、本実施形態のアンテナ用コイルのインピーダンスを実測した結果について説明する。

アンテナ用コイルとして、導線の巻数を変えたコイルを３種類用意し、それらのＡＭ帯におけるインピーダンスを測定した。内側巻線３０１と外側巻線３０２とで合計１７．５回巻となるコイルとし、図６において「９Ｔ＋８．５Ｔ」は内側巻線３０１が９回巻きで外側巻線３０２が８．５回巻きであることを示す。同様に「９．５Ｔ＋８Ｔ」は内側巻線３０１が９．５回巻きで外側巻線３０２が８回巻き、「１０．５Ｔ＋７Ｔ」は内側巻線３０１が１０．５回巻きで外側巻線３０２が７回巻きであることを示す。

なお、外側巻線３０２の巻始めは第２の端部３０６とし、すなわち「９Ｔ＋８．５Ｔ」、「９．５Ｔ＋８Ｔ」、「１０．５Ｔ＋７Ｔ」の順番に始点３０３と終点３０４との距離Ｗ３が大きくなるようにした。

図６より、外側巻線３０２の巻数が少ない構成とすることで、コイル装置１６４のＡＭ帯におけるインピーダンスが向上することが分かった。

以上、本発明の好ましい実施形態及び実施例について詳述したが、本発明は上記した特定の実施形態及び実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能なものである。

本発明は、特に自動車ガラスに設置されるアンテナ用コイル及びアンテナシステムとして好適に用いられる。

本国際出願は２０１４年６月２４日に出願された日本国特許出願２０１４−１２８９６６号に基づく優先権を主張するものであり、その全内容をここに援用する。

１００ ガラスアンテナ付き自動車用窓ガラス
１１０ 自動車用窓ガラス板
１１１ 第１の複数のヒータ線
１１２ 第１の一対のバスバー
１１３ 第１のデフォッガ
１１４ 第２の複数のヒータ線
１１５ 第２の一対のバスバー
１１６ 第２のデフォッガ
１１７ 黒色遮蔽膜
１１８ アンプ
１１９ 黒色遮蔽膜の端部
１２０ ガラスアンテナ
１２１ 給電点
１２２ 領域形成エレメント
１２３ 空白領域
１２６ 第１のアンテナエレメント
１２７ 第１の水平エレメント
１２８ 第１の接続エレメント
１６１ 第１のコイル
１６２ 第２のコイル
１６３ コンデンサ
１６４ コイル装置
１６５ 車載バッテリー
２０２ フェライトコア
２０３ 巻線導体
２０４ ベース部材
２１１ 第１の接点
２１２ 第２の接点
２１３ 第３の接点
２１４ 第４の接点
２１５ 第５の接点
２１６ 第６の接点
２１７ 第７の接点
３０１ 内側巻線
３０２ 外側巻線
３０３ 始点
３０４ 終点
３０５ 第１の端部
３０６ 第２の端部
３０７ 第１の接続点
３０８ 第２の接続点
Ｗ１ 内側巻線の長さ
Ｗ２ 外側巻線の長さ
Ｗ３ 始点と終点との距離

Claims (10)

1. フェライトコアと、前記フェライトコアを軸として導線が巻かれた構成である巻線導体と、を備えるコイルであって、
   前記巻線導体は、前記軸に垂直な面から見たとき、内側に位置する内側巻線と、前記内側巻線の外側に位置する外側巻線とを有し、
   前記軸に平行な面から見たときの前記外側巻線の長さと、前記内側巻線の長さとが異なり、
   前記コイルのインピーダンスは、ＡＭ帯の周波数全域において４ｋΩ以上であることを特徴とするアンテナ用コイル。
2. 前記軸に平行な前記面から見たときの前記外側巻線の長さが、前記内側巻線の長さよりも短い請求項１に記載のアンテナ用コイル。
3. 前記外側巻線の長さは、前記内側巻線の長さの５０％以上８５％以下である請求項２に記載のアンテナ用コイル。
4. 前記外側巻線の前記導線の巻数は、前記内側巻線の前記導線の巻数の５０％以上８５％以下である請求項２に記載のアンテナ用コイル。
5. 前記巻線導体は、前記導線の巻き始めである始点と、前記導線の巻き終わりである終点とを有し、前記軸に平行な前記面から見たときの前記始点と前記終点との距離は、前記巻線導体の全長の５％以上６０％以下である請求項１から４のいずれか一項に記載のアンテナ用コイル。
6. 前記始点と前記終点との前記距離は、前記巻線導体の全長の１５％以上５０％以下である請求項５に記載のアンテナ用コイル。
7. 前記コイルのインピーダンスは、前記ＡＭ帯の周波数全域において４．５ｋΩ以上である、請求項１から６のいずれか一項に記載のアンテナ用コイル。
8. 前記外側巻線は、前記内側巻線から連続した導線である、請求項１から７のいずれか一項に記載のアンテナ用コイル。
9. 複数のヒータ線と前記ヒータ線の端部を接続する一対のバスバーとを有するデフォッガと、アンテナ導体と、前記アンテナ導体用の給電点とが自動車の窓ガラス板に設けられている自動車用ガラスアンテナにおいて、
   前記デフォッガは、電源から前記バスバーと前記ヒータ線を通ってグランドに電流が流れることで加熱され、
   前記アンテナ導体は、前記デフォッガと電気的に接続され、
   前記デフォッガと前記電源との間及び前記デフォッガと前記グランドとの間に請求項１から８までのいずれか一項に記載のアンテナ用コイルをそれぞれ接続させたコイル装置を備えることを特徴とするアンテナシステム。
10. 前記デフォッガは、上下に分割され、
    第１の複数のヒータ線と第１の一対のバスバーからなる第１のデフォッガと、
    第２の複数のヒータ線と第２の一対のバスバーからなる第２のデフォッガと、
    を備え、
    前記アンテナ導体は、前記第１のデフォッガ及び前記第２のデフォッガの少なくとも一方と電気的に接続され、
    前記コイル装置は、前記アンテナ導体と電気的に接続する、前記第１のデフォッガ及び前記第２のデフォッガの両方又はいずれか一方と、前記電源及び前記グランドとの間に設けられる請求項９に記載のアンテナシステム。

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