JP6610390B2 - 車両用窓ガラス及びガラスアンテナ - Google Patents

Description

本発明は、通信波を送受信するガラスアンテナを備える車両用窓ガラス、及びガラスアンテナに関する。

近年、通信技術の発展に伴い、車両に携帯機器等を持ち込み、車両と携帯機器との間及び車両と外部との間で通信を行うことがある。

また、車両自体が外部から情報を収集する機能と情報を配信する機能とを備える、所謂コネクテッドカーの技術が提案されている。コネクテッドカーでは、車両が発信する位置情報、車両コンディション、及び路面状況等のデータと、外部から収集される、地図情報、交通情報、及び天候情報等とを双方向通信することで、車両の効率性や安全性を高める渋滞緩和、運転支援等のテレマティクスサービスが提供される。さらに、コネクテッドカーでは、音楽・動画配信サービスなど、利用者の利便性を高める道具（デバイス）としてのソリューション／サービス等の提供をすることも期待されている。

このような双方向の通信に用いる通信波は、国ごとに規定される利用周波数が異なり、また１つの国においてもキャリアごとに利用される周波数帯が異なる。従って、複数の通信波を受信できるように広帯域に対応するアンテナが好ましい。

ここで、車両と外部との双方向の通信機能が実現できるように、図１に示すように、車両のルーフに通信用アンテナを搭載する技術が提案されている。

図１に示した例では、車両９０のルーフ９１上に、車両９０の前後方向に離間して、地板８３上に立設された第１アンテナ８１及び第２アンテナ８２を有するダイバーシティ構造のアンテナユニット８０が搭載されている。これらのアンテナ８１，８２はケース８４に内蔵されている。

また、車両には、ラジオやテレビ等を受信するために、窓ガラスにアンテナ機能を備えたガラスアンテナの技術が各種提案されている。例えば、図２に示す特許文献２のガラスアンテナ７０は、デジタルオーディオ放送を受信可能である。

特開２０１２−０５４９１５号公報 国際公開２０１４−１０４３６５号公報

しかし、特許文献１の例では、ルーフ９１からアンテナユニット８０が突出しているため、車両のデザインや車両の空力特性に影響を与えるおそれがあった。

また、特許文献２のように、現在一般的に搭載されているガラスアンテナは放送波を受信することを前提としており、通信波を利用していなかった。

そこで、本発明は上記事情に鑑み、見栄えを向上させ、広帯域で通信することができる、ガラスアンテナを備えた窓ガラス及び該通信用アンテナの提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、通信波を送受信するガラスアンテナを備える、車両用窓ガラスであって、前記ガラスアンテナは、アース側電極及び給電用電極からなる一対の電極と、前記給電用電極と接続される第１のアンテナエレメントと、前記給電用電極に接続され、略下方へ延在し、前記第１のアンテナエレメントよりも長い、第２のアンテナエレメントと、前記給電用電極に接続され、前記第２のアンテナエレメントよりも短く、前記第２のアンテナエレメントと異なる方向へ延在する、第３のアンテナエレメントと、一端が前記第３のアンテナエレメントの端部と接続され、他端が上方へ延在する、第４のアンテナエレメントと、一端が前記第３のアンテナエレメントの端部と前記第４のアンテナエレメントの一端に接続され、他端が下方へ延在する、第５のアンテナエレメントと、を備えことを特徴とする車両用窓ガラス及びガラスアンテナを提供するものである。

一態様によれば、ガラスアンテナを備えた車両用窓ガラスにおいて、見栄えを向上させ、広帯域で通信することができる。

従来の通信用アンテナが設置された車両の全体図である。 従来の放送用アンテナが設置された車両用窓ガラスの図である。 本発明の実施形態である通信用ガラスアンテナが設置された前方窓ガラスの全体平面図である。 本発明の第１実施形態である通信用のガラスアンテナの拡大図である。 図４に示す通信用ガラスアンテナに抵抗及びコネクタを設置した拡大図である。 図４の抵抗及びコネクタをアンテナ上へ設置した状態の斜視図である。 抵抗及びコネクタをアンテナ上へ設置した別の例の斜視図である。 周波数が０．７ＧＨｚのときの電流の大きさを示す模式図である。 周波数が０．８ＧＨｚのときの電流の大きさを示す模式図である。 周波数が０．９ＧＨｚのときの電流の大きさを示す模式図である。 周波数が１．７１及び２ＧＨｚのときの電流の大きさを示す模式図である。 周波数が２．５ＧＨｚのときの電流の大きさを示す模式図である。 周波数が２．６９ＧＨｚのときの電流の大きさを示す模式図である。 図４で示すガラスアンテナ及びカメラ、及びレインセンサがカバーで覆われて設置された前方窓ガラスの全体模式図である。 本発明の第２実施形態に係るガラスアンテナ、カメラ、及びレインセンサがカバーで覆われて設置された前方窓ガラスの一部の平面図である。 本発明の第３実施形態に係るアンテナ、カメラ、及びレインセンサがカバーで覆われて設置された前方窓ガラスの一部の平面図である。 本発明の第４実施形態に係るアンテナ、カメラ、及びレインセンサがカバーで覆われて設置された前方窓ガラスの一部の平面図である。 本発明の第５実施形態に係るアンテナ、カメラ、及びレインセンサがカバーで覆われて設置された前方窓ガラスの一部の平面図である。 測定に用いた車両及び送信用アンテナの状態を説明する図である。 ガラスアンテナのリターンロスを示すグラフである。 ガラスアンテナの垂直偏波の利得特性を示すグラフである。 ガラスアンテナの水平偏波の利得特性を示すグラフである。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良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する。また、それらの図面は、窓ガラスの面を対向して見たときの図であって、窓ガラスが車両に取り付けられた状態での車内視（又は、車外視）の図であり、図面上での左右方向（横方向）が水平方向に相当し、上下方向が垂直方向に相当する。

しかし、これらの図を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、本発明に係る窓ガラスは、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アガラス、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。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、本発明において、窓ガラスは車両筐体の開口部を覆う窓板の一例である。窓板は、素材はガラスに限られず、樹脂、フィルム等であってもよい。窓ガラス１１は、車両筐体（車体開口部、ボディーフランジ）３０に形成されたボディフランジに取り付けられている。窓ガラス１１の外周縁１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄは図３の破線で図示されている。車両筐体３０は、車体の窓開口部を形成する車体フランジの縁部３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄを有している。

図３は、本発明の一実施形態であるガラスアンテナ（車両用ガラスアンテナの一例）１００の平面図である。車両用ガラスアンテナ（窓板にプリント、埋め込み、貼り付け等により組み込まれたアンテナ）１００は、車両用の窓ガラス（窓板、フロントガラス）１１に平面的な導体パターンとして設けられる電極及びアンテナ導体を含んで構成される。

図４は、車両用窓ガラスに設置される第１実施形態であるガラスアンテナ１００の拡大図である。ガラスアンテナ１００は、一対の電極（給電用電極６，アース側電極７）と該給電用電極６に接続された第１のアンテナエレメント１（アンテナ導体α）と、該給電用電極６に接続され、第１のアンテナエレメント１よりも長く略下方方向へ延在（延伸）する第２のアンテナエレメント２（アンテナ導体β）と、該給電用電極に接続され、３つの線条エレメントを備えるアンテナ導体γとを備えている。

アンテナ導体γは、前記給電用電極６に接続され、前記第２のアンテナエレメント２と異なる方向へ延在する線条エレメント３（第３のアンテナエレメント）と、一端が線条エレメント３の端部に接続され、他端が略上方方向へ延在する線条エレメント４（第４のアンテナエレメント）と、一端が前記線条エレメント３の端部及び線条エレメント４の端部に接続され、他端が略下方方向へ延在する線条エレメント５（第５のアンテナエレメント）とを備えている。

ここで、略上方は、他の端部よりも相対的に上方向になることを意味し、垂直方向上方及び斜め上方を含む、略下方は、他の端部よりも相対的に下方向になることを意味し、垂直方向下方及び斜め下方を含む。

なお、アンテナ導体の角は曲率を有して折れ曲がっていてもよい。また端部とは、アンテナエレメント１〜５の延在する終端であってもよいし、その端部手前の導体部分である終端近傍であってもよい。

図３において、フロントガラス用の窓ガラス１１の面上の周縁領域に黒色又は茶色等の遮蔽膜１４を形成し、この遮蔽膜１４の上にアンテナ導体の一部分又は全体を設けてもよい。遮蔽膜１４は黒色セラミックス膜等のセラミックスが挙げられる。

また、遮蔽膜１４は後述するカメラ２１等（図１３〜１７参照）を配置するため、一点鎖線で図示される窓ガラス１１の幅方向の中心線１２の近傍に突出部（遮蔽膜突出部）１５を備えている。突出部１５の両側辺は、例えば、窓ガラス１１の面内に向けて両側辺間の距離が小さくなるように斜め方向に形成されている。本願において、フロントガラスである窓ガラス１１の中心線１２と、側辺の延長線がなす角度は０°以上８５°以下とする。

突出部１５は下記遮蔽ドット部１６，１７も含めて窓ガラス１１の全幅に対して、例えば、１／３程度、具体的に下に凸の台形状の突出部１５の上辺は２６０ｍｍ〜６６０ｍｍ程度、下辺は１４０ｍｍ〜５４０ｍｍ程度、突出部１５の高さは１３０ｍｍ〜２６０ｍｍに形成される。

さらに、遮蔽膜１４の縁部の下部には、左右方向に延在する遮蔽ドット部１６、及び突出部１５の面内側の縁部（側方）には、上下方向に延在する遮蔽ドット部１７が形成されている。遮蔽ドット部１６，１７は、複数のドット（ｄｏｔ）で形成され、突出部１５の中央部から外側に向けて（上から下に）、ドットの大きさを徐々に小さく、及び／又はドットの間隔を徐々に広くすることで、徐々に薄く（グラデーションになるように）なるように、所定の幅を備えている。例えば、左右方向に延在する遮蔽ドット部１６の幅Ｗ１６は、３ｍｍ〜２０ｍｍ程度、水平方向に延在する遮蔽ドット部１７の幅Ｗ１７は、１５ｍｍ〜３０ｍｍ程度に形成される。

なお、ガラスアンテナ１００及び後述するカバー等を設置しない側の突出部１５の片側半分（図３では右半分）は、遮蔽部１４の突出部１５を全体的にドット部で形成してもよい。

本願において、窓ガラス１１の車外側から見ると、車内視において遮蔽膜１４上に設けられている電極及びアンテナ導体の部分は、遮蔽膜１４により車外から見えなくなり、デザインの優れた窓ガラスとなる。図示の構成において、一対の電極６，７と第１のアンテナエレメント１及び、第２のアンテナエレメント２及び第３のアンテナエレメント３の少なくとも一部を遮蔽膜１４の突出部１５上に形成することで、車外視において導体（アンテナ導体γの一部）の細い直線部分のみを視認されることになり、デザイン上好ましい。

ガラスアンテナ１００は、車両筐体３０、例えば金属製の車両筐体の上縁部３０ａの近傍に給電用電極６が配置される場合に好適な形態である。

図４では、長方形状の給電用電極６を示している。給電用電極６の下辺の両端端部に第１のアンテナエレメント１との接続点ａ及び第２のアンテナエレメント２との接続点ｃが位置する。あるいは、詳細は後述するが、図１７のように、第１及び第２アンテナエレメント１Ｄ，２Ｄは給電用電極６Ｄの右辺に接続してもよい。あるいは、水平方向であれば、左辺と右辺とから第１のアンテナエレメント１と第２のアンテナエレメント２とで反対の方向に延在してもよい。

後述する本発明の実施形態において、アンテナ導体からなる導体層を合成樹脂製フィルムの内部又はその表面に設け、導体層付き合成樹脂製フィルムを窓ガラスの車内側表面又は車外側表面に設置してガラスアンテナとしてもよい。さらに、アンテナ導体が形成された誘電体製フレキシブル回路基板を窓ガラス板の車内側表面又は車外側表面に設置してガラスアンテナとしてもよい。

また、エレメントの「端部」は、エレメントの延在の始点又は終点であってもよいし、その始点又は終点手前の導体部分である始点近傍又は終点近傍であってもよい。また、エレメント同士の接続部は、曲率を有して接続されていてもよい。

アンテナ導体は、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形成してもよく、窓ガラス自身の内部に設けてもよい。給電用電極６及びアース側電極７についても同様である。

ここで、車両筐体３０が金属製である場合、窓ガラス１１上において、アンテナの放射エレメントを車両筐体３０に近い位置に設けるほど、金属との干渉により、アンテナの受信利得が低下する傾向がある。

本発明において、図１３〜１７に示すいずれの実施形態を用いたとしても、最も長い線条エレメントである第２のアンテナエレメント２は、給電用電極６の下辺（下方）と接続されている。したがって、ガラスアンテナ１００のアンテナ導体内で最も性能に関与する最も長い第２のアンテナエレメント２は、車両筐体３０の上縁部３０ａから所定距離は離間することになる。

詳しくは、車両用アンテナを配置する領域は、窓ガラス１１の上縁部１１ａの周辺であって、開口部の上縁部３０ａから垂直方向の長さの２５％以内の範囲であり、２５０ｍｍ以内が好ましく、１００ｍｍ以内がより好ましく、７０ｍｍ以内がさらに好ましい。

さらに、ガラスアンテナ１００は、車両筐体３０との金属の干渉を避けるため、車両筐体３０の上縁部３０ａとともに、側縁部３０ｂからも所定距離、離れて設置するとより好適であるため、窓ガラス１１の中心線１２の近傍に配置されている。

＜第１実施形態＞
図４で示す第１実施形態において、ガラスアンテナ１００は、給電用電極６から延在するアンテナ導体α、アンテナ導体β、及びアンテナ導体γを備えている。

本発明の第１実施形態において、アンテナ導体αを構成する第１のアンテナエレメント１は、給電用電極６との接続点ａを起点に、上縁部３０ａから離れる方向に、略垂直方向に終点である下端ｂまで延在される。アンテナ導体βを構成する第２のアンテナエレメント２は、給電用電極６との接続点ｃを起点に、上縁部３０ａから離れる方向に、略垂直方向に終点である下端ｄまで延在される。

またアンテナ導体γにおいて、線条エレメント（第３のアンテナエレメント）３は給電用電極６との接続点ｅを起点に、アース側電極７より離れる方向に端部ｆまで延在する。線条エレメント（第４のアンテナエレメント）４は線条エレメント３の端部ｆと接続され、上方向、即ち上縁部３０ａに近接する方向へ端部ｇまで延在する。線条エレメント（第５のアンテナエレメント）５は線条エレメント３及び４の端部（即ち、線条エレメント３と線条エレメント４との接続部）ｆと接続され、下方向、即ち、上縁部３０ａから離れる方向へ端部ｈまで延在する。

このように、本実施形態において、アンテナ導体を構成する複数のアンテナエレメントの中で、第１のアンテナエレメント１及び第２のアンテナエレメント２が、地平面（特には、水平面）に対して垂直方向のベクトル成分を有するように窓ガラス１１に設けられることによって、通信波の垂直偏波の電波を一層受信しやくなる。車両に対する窓ガラス１１の取り付け角度は、例えば、地平面に対し、１５°〜９０°が好ましい。

図５は、図４に示すガラスアンテナ１００に抵抗８及びコネクタ９を設置した拡大図である。

本発明の対象である通信用のアンテナでは、テレマティクスサービスを含む情報の送受信を行う。テレマティクスサービスの性質として、リアルタイム性や緊急性が求められることから、ネットワークの接続状態が維持されている必要がある。そこで、本発明の実施形態では、少なくともアンテナが接続されていること検知するために接続検出用の抵抗８を設けている。

本発明の実施形態では、さらに、コネクタ９を設けている。この構成により、アンテナエレメントと接続された給電用電極６と、アース側電極７と、コネクタ９と、抵抗８と同軸ケーブルの内部導体と編組線等の外部導体で繋ぐルートで閉回路を形成するように構成する。このような構成において、車両に設けられ、同軸ケーブルに接続される通信機器（図示しない）により抵抗８を含む回路による所定の範囲の抵抗値が得られない場合、アンテナが接続されていないことを検知し、通信が行えないことを検出する。

図６Ａは、図５の抵抗８及びコネクタ９の設置状態の斜視図である。図６Ａにおいて、抵抗８（抵抗モジュール素子）及びコネクタ９を、銀プリントで構成されるガラスアンテナ１００の対の電極６，７上に、別々にはんだ付けして設置した例を示す。

図６Ｂは、抵抗８及びコネクタ９をアンテナ１００上へ設置した別の例の斜視図である。図６Ｂにおいて、予め抵抗８（アキシャルリード抵抗）とコネクタ９との脚部を溶接またははんだ付けにより接続させ、その脚部を銀プリントで構成される対の電極６，７上にはんだ付けして設置した例を示している。

ここで、給電用電極６は、受信機に接続される同軸ケーブルの内部導体が電気的に接続される給電点（給電部）である。

窓ガラス１１において、給電用電極６（正極側給電部、給電側電極部）と同軸ケーブルの内部導体（芯線）とが電気的に接続され、アース側電極７（負極側給電部、グランド電極部）と同軸ケーブルの外部導体とが電気的に接続される。同軸ケーブルと給電用電極６及びアース側電極７とを電気的に接続するためのコネクタ９（図５参照）を給電用電極６及びアース側電極７に実装する構成にすることによって、同軸ケーブルを給電用電極６及びアース側電極７に取り付けしやすくなる。

アース側電極７は、給電用電極６及び給電用電極６に電気的に接続されるアンテナ導体α〜γに接しないように、給電用電極６の周辺に近接して配置されていればよい。図４、図１３〜１６の場合、アース側電極７は、給電用電極６の右側に、給電用電極６から離間して配置されている。アース側電極７は、給電用電極６の上側に、給電用電極６から離間して配置されていてもよい（例えば、図１７の実施形態のとき）。または、窓ガラス１１の中心線１２よりも右側に設置する場合は、アース側電極７は、給電用電極６の左側に、給電用電極６から離間して配置されていてもよい。

給電用電極６の形状は、給電用電極６に直接取り付けられる給電線の先端形状又は給電用電極６と給電線とを接続するための接続部材の形状（例えば、コネクタ９の実装面や接触端子の形状）に応じて決めるとよい。例えば、正方形、略正方形、長方形、略長方形などの方形状や多角形状が実装上好ましい。なお、円、略円、楕円、略楕円などの円状でもよい。

アース側電極７の形状についても、給電用電極６と同様にどのような形状であってもよい。また、給電用電極６とアース側電極７との離間距離についても、給電用電極６及びアース側電極７に直接取り付けられる給電線の先端形状又は給電用電極６及びアース側電極７と給電線とを接続するための接続部材の形状（例えば、コネクタ９の実装面や接触端子の形状）に応じて決めるとよい。

ここで、通信波は、国ごとに規定される利用周波数が異なり、また１つの国においてもキャリアごとに利用される周波数帯が異なる。従って、複数の通信波を受信できるように広帯域に対応するアンテナが好ましい。

通信に用いられるＵＨＦ（Ｕｌｔｒａ Ｈｉｇｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）波において、本発明のガラスアンテナは、例えばＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）に用いられる帯域のうち、３つの帯域０．６９８〜０．８９４ＧＨｚ、１．７１〜１．９９５ＧＨｚ、２．４９６〜２．６９ＧＨｚ）において、通信できるように設定される。ガラスアンテナとして一対の電極６，７と、複数のアンテナエレメント１〜５を備えることで複数の周波数に対応している。

図７〜図１２を用いて、各周波数帯に対応する場合の電流のシミュレーションを下記説明する。

図７〜図９は０．６９８〜０．８９４ＧＨｚの帯域（本発明においてＢａｎｄ１とする）に対応するシミュレーション図である。図７は、周波数が０．７ＧＨｚのときの電流の大きさを示す模式図である。周波数が０．７ＧＨｚのときは、第２のアンテナエレメント２に電流が流れ、放射している。

図８は、周波数が０．８ＧＨｚのときの電流の大きさを示す模式図である。周波数が０．８ＧＨｚのとき、第２のアンテナエレメント２と、線条エレメント４及び線条エレメント５に電流が流れ、放射している。このとき第２のアンテナエレメント２と線条エレメント４及び線条エレメント５との近接による容量結合又は電磁界結合も用いて放射している。

図９は、周波数が０．９ＧＨｚのときの電流の大きさを示す模式図である。周波数が０．９ＧＨｚのとき、線条エレメント４及び線条エレメント５に電流が流れ、放射している。

図１０は１．７１〜１．９９５ＧＨｚの帯域（本発明においてＢａｎｄ２とする）に対応するシミュレーション図であって、周波数が１．７１ＧＨｚのときも、周波数が２ＧＨｚのときも、電流はほぼ同じ大きさを示す。１．７１ＧＨｚ及び２ＧＨｚでは第２の周波数帯（Ｂａｎｄ２）であり、第１の周波数帯（Ｂａｎｄ１）よりもバンドの周波数が高く、波長が短いので、アース側電極７と給電用電極６との間のカップリングにより電流が流れる。

図１１〜図１２は２．４９６〜２．６９ＧＨｚの帯域（本発明においてＢａｎｄ３とする）に対応するシミュレーション図である。図１１は、周波数が２．５ＧＨｚのときの電流の大きさを示す模式図である。主に電極６，７間のカップリング、及び、短い第１のアンテナエレメント１、第２のアンテナエレメント２に電流が流れる。

図１２は、周波数が２．６９ＧＨｚのときの電流の大きさを示す模式図である。主に電極間のカップリング、及び、アンテナエレメント１〜５全てに電流が流れる。

図７〜図１２からわかるように、複数のエレメントを組み合わせて用いることで、広い周波数帯域に対して、アンテナとして通信することができる。

なお、上記のシミュレーションより、本発明の実施形態で受信する通信波の内、もっとも低い周波数帯の第１のバンド帯域は、長い第２のアンテナエレメント２、及び線条エレメント４及び線条エレメント５で受信することがわかる。

具体的には、０．７ＧＨｚ付近では、第２のアンテナエレメント２が主に受信する。よって、周波数０．７ＧＨｚにおける空気中の波長をλ_０１とし、窓ガラス１１の波長短縮率をｋ_１とし、窓ガラス上での波長をλ_ｇ１＝λ_０１・ｋ_１として、このとき、給電用電極６から第２のアンテナエレメント２の先端までの最長経路長（即ち、アンテナエレメント２の導体長）Ｌ２が、（３／１０）・λ_ｇ１を狙い値として、（２９／１００）・λ_ｇ１以上（４／１０）・λ_ｇ１以下であれば、０．７ＧＨｚ付近の周波数帯において、共振することでアンテナ利得向上の点で好ましい結果が得られる。

したがって、０．７ＧＨｚ付近での周波数について、アンテナ利得を向上させたい場合、電波の速さを３．０×１０^８ｍ／ｓとし、波長短縮率ｋ_１を０．６１とすると、経路長Ｌａである第２のアンテナエレメント２の導体長を、７６ｍｍ以上１０５ｍｍ以下に調整するとよい。

また、０．９ＧＨｚ付近では、線条エレメント４及び線条エレメント５で構成される直線が主に受信する。よって、周波数０．９ＧＨｚにおける空気中の波長をλ_０２とし、窓ガラス１１の波長短縮率をｋ_２とし、窓ガラス１１上での波長をλ_ｇ２＝λ_０２・ｋ_２として、このとき、線条エレメント４の上端ｇから線条エレメント５の下端ｈまでの経路長Ｌｂが、（４／１０）・λ_ｇ２を狙い値として、（３５／１００）・λ_ｇ２以上（４５／１００）・λ_ｇ２以下であれば、０．９ＧＨｚ付近の周波数帯において、共振することでアンテナ利得向上の点で好ましい結果が得られる。

したがって、０．９ＧＨｚ付近での周波数で、アンテナ利得を向上させたい場合、電波の速さを３．０×１０^８ｍ／ｓとし、波長短縮率ｋ_２を０．５８とすると、導体長Ｌ４５である線条エレメント４の導体長Ｌ４と線条エレメント５との導体長Ｌ５の合計値を、６８ｍｍ以上８７ｍｍ以下に調整するとよい。

なお、第２のアンテナエレメント２の導体長Ｌ２と、線条エレメント４及び線条エレメント５からなる直線の導体長Ｌ４５は、広帯域の確保するため、異なる長さであることが望ましい。本例では、第２のアンテナエレメント２の導体長が線条エレメント４及び線条エレメント５からなる直線の導体長Ｌ４５よりも長く、長い方の第２のアンテナエレメント２が低周波側の０．７ＧＨｚ付近を通信可能としているが、長さＬ２、Ｌ４５は逆であってもよい。即ち、第２のアンテナエレメント２の導体長Ｌ２は、前記直線の導体長Ｌ４５より短くてもよく、その場合、短い方の第２のアンテナエレメント２が０．９ＧＨｚ周辺の周波数、長い方の直線が０．７ＧＨｚの周波数を受信する。

なお、第２のアンテナエレメント２の導体長と、第４のアンテナエレメント及び第５のアンテナエレメントからなる直線の導体長Ｌ４５とのどちらを長く設定するとしても、異なる波長と通信可能にするため、エレメント同士は所定距離離間して配置されている。図４の場合、線条エレメント５の下端ｈが第２のアンテナエレメント２と最近接するが、その距離は３ｍｍ以上離れていると好ましい。

また、２．５ＧＨｚ及び２．６９ＧＨｚ付近では、第１のアンテナエレメント１が主にアンテナのインピーダンス特性に影響を与える。このとき、波長短縮率ｋ_３＝０．５、λ_ｇ３＝６０ｍｍとなり、通信に電極６，７も関与し、主に給電の整合調整のため、アンテナエレメント１の導体長Ｌ１が調整される。よって、第１のアンテナエレメント１がアース側電極７の一部と近接して並設されているためカップリングし、２．５ＧＨｚ及び２．６９ＧＨｚ付近での整合（リターンロス）を決定している。よって、第１のアンテナエレメント１の導体長Ｌ１を２ｍｍ以上６ｍｍ以下に調整するとよい。

また、本発明のガラスアンテナ１００は、電極６，７において、幅の広いベタ部（塗りつぶし部）を備えるので、広い帯域に対応することができる。

しかし、ベタ部の面積が広すぎると、その部分が車両用ガラスとして強度が不足したり、ガラスと金属との熱吸収や応力の違いによりひずみが生じたりする恐れがある。そこで、ガラスの強度を保ちながら、電極の幅を広くできるように、アース側電極７において、抵抗８及びコネクタ９を設置しない場所に、切り欠き部７Ｎを形成している（図４、図５参照）。なお、アース側電極７だけなく、給電用電極６においても、コネクタ９を設置しない場所に、切り欠き部を形成してもよい。

このように、本発明のガラスアンテナ１００は、長さの異なる複数のアンテナエレメントを備えているため、図７〜図１２のシミュレーション図でわかるように、車両のデザインや空力特性に影響を与えなくても、複数の帯域であって広帯域に対応することができる。

ここで、車両は移動体であるため、複数のアンテナを設け、場所によって受信感度の良い何れか一方のアンテナに切り替え可能な電波選択能を備えると好ましい。または、複数のアンテナにより通信容量を増加する機能であるＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ）構成とするとさらに好ましい。

そのため、本発明において、窓ガラス１１の幅方向の中心線１２で概略線対称に本発明のアンテナ１００と同様構成の広帯域のアンテナを設けることもできる。この際、複数のアンテナは互いに干渉を避けるため、所定距離（例えば、０．７ＧＨｚの０．２波長である８６ｍｍ以上）離れて設置すると好ましい。このように、窓ガラス１１に複数のガラスアンテナを設置して、アンテナ切り替えにより通信性能を向上させる、またはＭＩＭＯ構成とすることで移動体である車両においても広帯域で通信容量の向上の効果を得られる。

図１３は、本発明の実施形態のガラスアンテナ１００、カメラ２１、及びレインセンサ２２がカバー２０で覆われて設置された車両用の前方窓ガラス１１の全体の模式図である。

近年、車両の安全性を向上させるため、前方の窓に距離測定用の二眼のステレオカメラが搭載されることが多くなっている。搭載されたカメラにおいて、複数台のカメラを用いて同一の対象物を撮影したときの二つの画像（基準画像と参照画像）から画像のずれを算出し、その画像のずれに基づいて対象物（人、車、信号機等）までの距離を測定する。そのため、車両前の対象物を左右均等に検出可能にするように、フロントガラスの水平方向の略中央部付近の上部に設置される傾向にある。

さらに、ワイパースイッチの操作からドライバーを解放させながら、雨天時の視界をより向上させることができるように、ワイパーを自動制御させるために、ガラスに当たる雨の状態を検知するレインセンサも、フロントガラスに設置されることが増えている。

このようなカメラ及び／又はレインセンサを設置する場合、誤動作を避けるとともに、見栄えを向上させるカバーに覆われることがある。本発明の実施形態に係るガラスアンテナ１００は、窓ガラス１１において、カバー２０に隠れるように、即ち、できるだけカバー内部に収まるように設置されると好ましい。

ただし、カバー２０は必ずしもガラスアンテナ１００全体を覆わなくてもよく、美観に大きな影響を与える、窓ガラス１１から空間方向へ突出して設置される抵抗８及びコネクタ９を覆い、並びに、ベタ部を構成するアース側電極７と給電用電極６は少なくとも一部を覆うようにカバー２０を設置してもよい。アンテナエレメント１〜５は窓ガラス１１内に組み込まれて設けられ、細い線状であるため、カバー２０の外に設けられた場合であっても、目立ちにくい。

ここで、図４の第１実施形態のガラスアンテナ１００に対応するカバー２０は、図１３に示すように、上辺が長く下辺が短い台形状に形成される。このような台形状のカバー２０が設置される遮蔽膜１４の、遮蔽ドット部１７を含む突出部１５も、上辺が長く下辺が短い台形状であり、突出部１５の側辺付近にある遮蔽ドット部１７の側辺は直線である。

この構成において、図１３に示すように、線条エレメント４と線条エレメント５とは直線状を成しており、遮蔽膜１４の突出部１５の側辺及びカバー２０の側辺に沿って平行であると好ましい。

例えば、「側辺に沿う」とは一例として、突出部１５の一辺（側辺）から、内側又は外側に１５ｍｍ以内、好ましくは１０ｍｍ以内であると好ましい。

この場合、線条エレメント４と線条エレメント５とで構成された直線の上端ｇは、第２のアンテナエレメント２及び第２のアンテナエレメント２の上方の仮想延長線に対して、直線の下端ｈよりも離間しているように配置される。即ち、該直線の下端ｈが第２のアンテナエレメント２と最近接し、該直線は上になるほど前記第２のアンテナエレメント２から離れるように、非平行に延在している。

このように形成することで、上縁部３０ａから窓ガラス１１の面内方向に突出して、離れる下側では、スペースを取らず、見栄えを向上させることができる。

なお、ＬＴＥの通信波は、ラジオやテレビ等の放送波を受信するアンテナシステムよりも、ノイズ耐性が強いシステムであるため、図１３〜図１７で示すようにカメラ２１やレインセンサ２２の近傍に配置しても、送受信する通信波はノイズからの影響を受けにくい。

なお、図１３〜１７において符号２３はルームミラー配線支持部を示し、符号２４は、ルームミラー支持部であるミラーベースを示す。ルームミラー配線支持部２３及びミラーベース２４は、カバー２０の外側に配置される。

＜第２実施形態＞
本発明のガラスアンテナはカバー及び突出部の形状に合わせて、変形させてもよい。図１４は、本発明の第２実施形態のガラスアンテナ１００、カメラ２１、及びレインセンサ２２がカバー２０−１で覆われて設置された車両用の前方窓ガラス１１の一部の模式図である。

本実施形態において、カバー２０−１の側面（左側側面）は、膨らむ方向に湾曲している（曲線である）。あるいは、膨らむ方向に所定の角で折れ曲がっていてもよい。

従って、本実施形態のガラスアンテナ１００−１において、線条エレメント４Ａと線条エレメント５Ａとは直線状を成しておらず、接続部ｆが外側に屈曲するように形成されている。このように、形成した場合であっても、上記と同様の効果がある。

なお、窓ガラス１１の周辺領域に形成された遮蔽膜１４の面内方向に突出する突出部１５の側辺の形状及び遮蔽ドット部１７−１の側辺に沿う形状も、台形に限られず、図１４に示すように、側辺が膨らむように湾曲していてもよい。

＜第３実施形態＞
本発明のガラスアンテナはカバー及び突出部の形状に合わせて、変形させてもよい。図１５は、本発明の第３実施形態のガラスアンテナ１００−２、カメラ２１、及びレインセンサ２２がカバー２０−２で覆われて設置された車両用の前方窓ガラス１１の一部の模式図である。

本実施形態において、カバー２０−２の側面（左側側面）は、窪む方向に湾曲している。あるいは、窪む方向に所定の角度で折れ曲がっていてもよい。

従って、本実施形態のガラスアンテナ１００−２において、線条エレメント４Ｂと線条エレメント５Ｂとは直線状を成しておらず、接続部ｆが内側に入り込むように折れ曲がるように形成されている。このように形成した場合であっても、上記と同様の効果を奏する。

なお、窓ガラス１１の周辺領域に形成された遮蔽膜１４の面内方向に突出する突出部１５の側辺の形状及び遮蔽ドット部１７−２の側辺に沿う形状も、台形に限られず、側辺が凹むように湾曲していてもよい。

＜第４実施形態＞
本発明のガラスアンテナはカバー及び突出部の形状に合わせて、変形させてもよい。図１６は、本発明の第４実施形態のガラスアンテナ１００−３、カメラ２１、及びレインセンサ２２がカバー２０−３で覆われて設置された車両用の前方窓ガラス１１の一部の模式図である。

本実施形態において、図１３の構成と比較して、突出部１５の垂直方向の長さ（高さ）が短く、突出部１５の側辺及び該側辺に隣接する遮蔽ドット部１７−３の傾きが緩やかである（水平方向に近い）。このような突出部１５に設置するカバー２０−３は、第１〜３実施形態と比較して、垂直方向の長さ（高さ）が短い。

このようにカバー２０−３を構成する場合は、第２のアンテナエレメント２Ｃは、金属製の車両筐体３０の上縁部３０ａから離れる方向であれば、垂直方向に延在しなくてもよく、略下方方向であれば、傾いた方向へ延在してもよい。

また、線条エレメント３Ｃの延在方向も水平方向に限られず、第２のアンテナエレメント２Ｃの延在方向とは異なる方向であれば、どの方向に延在してもよい。

このように、形成した場合であっても、上記と同様の効果を奏する。

＜第５実施形態＞
本発明のガラスアンテナはカバー及び突出部の形状に合わせて、変形させてもよい。図１７は、本発明の第５実施形態のガラスアンテナ１００−４、カメラ２１、及びレインセンサ２２がカバー２０−４で覆われて設置された車両用の前方窓ガラス１１の一部の模式図である。

本実施形態において、図１３の構成と比較して、突出部１５の垂直方向の長さ（高さ）が長く、突出部１５の側辺及び該側辺に隣接する遮蔽ドット部１７−４の傾きが鋭い（垂直方向に近い）。このような突出部１５に設置するカバー２０−４は、第１〜３実施形態と比較して、垂直方向の長さ（高さ）が長い。

この場合、一対の電極６Ｄ，７Ｄは、左右方向に限られず、上下方向へ並設配置してもよい。その場合は、第１のアンテナエレメント１Ｄはアース側電極７Ｄの一辺と近接して平行になるように水平方向に給電用電極６Ｄから延在する。この構成では、第２のアンテナエレメント２Ｄは、車両筐体３０の上縁部３０ａから離れる方向であれば、垂直方向に延在しなくてもよく、略下方方向であれば、傾いた方向へ延在してもよい。

また、第３のアンテナエレメント３Ｄの延在方向も水平方向に限られず、第２のアンテナエレメント２Ｄの延在方向とは異なる方向であれば、どの方向に延在してもよい。このとき、第４のアンテナエレメント４Ｄ，第５のアンテナエレメント５Ｄからなる直線は下端ｈが第２のアンテナエレメント２Ｄと最近接し、該直線は上になるほど第２のアンテナエレメント２Ｄから離れるように、非平行に延在している。尚、第４のアンテナエレメント４Ｄと第５のアンテナエレメント５Ｄとの形状は直線に限られず、図１４に示す第２実施形態のように、接続部ｆが外側に屈曲するように形成されてもよい。このように、形成した場合であっても、上記と同様の効果を奏する。

なお、上述の実施形態は、右ハンドルの車両において、助手席側に設置する例を想定して、左側にアンテナを設置する構成を示したが、左ハンドルにおいて上述のガラスアンテナと左右対称のアンテナを助手席側になる右側に設置してもよく、或いは運転席側に設置してもよい。

以上、ガラスアンテナ及び窓ガラスを複数の実施形態例により説明したが、本発明は上記実施形態例に限定されるものではない。他の実施形態例の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。

上述したガラスアンテナの形態を実際の車両用窓ガラス（フロントガラス）に取り付けて作製された車両用ガラスアンテナについて、そのアンテナ利得の実測結果について説明する。

図１８は、実験条件を示す概略図であって、測定に用いた車両４０及び送信用アンテナＴｘの状態を説明する図である。アンテナ利得は、ガラスアンテナが形成された車両用窓ガラスを、ターンテーブル上の車両の窓枠に組みつけて実測された。このとき窓ガラスは水平面に対して約２７°傾いた状態となる。

ガラスアンテナが形成された車両用窓ガラスを組みつけた車両４０の左右、前後車軸中央をターンテーブル中心に合わせて、車両４０を水平方向θｒに３６０°回転させて行った。

アンテナ利得のデータは、回転角度２°毎に、通信波の周波数範囲において１０ＭＨｚ毎に測定された。さらに送信用アンテナＴｘを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θｅを０°〜３０°まで２°毎で動作させ、仰角方向の測定も行った。アンテナ利得は、測定系をあらかじめ標準利得アンテナによる校正を行い絶対利得で標記した。

図１９に、通信に用いる周波数帯（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）における、図３及び図４で示すガラスアンテナ１００のリターンロスを示す。

図２０に、送信アンテナＴｘからの垂直偏波をガラスアンテナ１００で受信したときの利得（全周及び仰角平均利得測定結果）を示し、図２１に、送信アンテナＴｘからの水平偏波をガラスアンテナ１００で受信したときの利得を示す。詳しくは、送信アンテナＴｘを仰角θｅ＝０°〜３０°まで２°毎とし、各仰角θｅにおいて、車両９０を３６０°回転（θｒ＝０〜３６０°（全周）、２°毎）させ、測定したデータの平均利得特性を示す。

本発明における、図１９〜図２１の測定で用いた、図４（図５）で示した実施形態のガラスアンテナ１００の形状において寸法は、単位をｍｍとして
Ｌ１：４．０
Ｌ２：８２．０
Ｌ３：１６．８
Ｌ４：２８．１
Ｌ５：４９．８
Ｌ６：３０．０
Ｌ７：２０．０
Ｌ８：３０．０
Ｌ９：４０．０
Ｄ１２：１１．０
Ｄ６７：２．０
なお、アンテナエレメントの線幅は１ｍｍ、切り欠け部７Ｎの夫々の大きさは４ｘ４ｍｍ、θ（Ｌ３とＬ５とがなす角度）は６９°とする。

ガラスアンテナ１００を配置する位置として、給電用電極６及びアース側電極７の上端と車両筐体３０の上縁部３０ａまでの距離は２７ｍｍとする。

本実施例において、一例として、抵抗８は、抵抗値＝＋１０ｋΩ、誤差±１０％の抵抗器（抵抗モジュール素子）を用いた。また、コネクタ９はガラス面へ直接接続可能な、日本航空電子工業株式会社製の同軸ケーブル用オンガラスコネクタ、ＣＥ２を用いた。ただし 、抵抗８の抵抗値はシステム側仕様により適宜変更が可能であり、またコネクタも同様の機能を有するオンガラスコネクタであれば限定はされない。

通信に用いる周波数帯において、リターンロスは、一般的に−７ｄＢ以下、好ましくは−１０ｄＢ以下であると好ましい。図１９のグラフからわかるように、本発明のガラスアンテナ１００では、通信に用いる周波数帯である上記Ｂａｎｄ１、Ｂａｎｄ２、Ｂａｎｄ３において、−７ｄＢ以下の良好なリターンロスであることがわかる。

表１は図２０について、通信波、例えばＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）としていられる帯域のうち、３つの帯域０．６９８〜０．８９４ＧＨｚ（Ｂａｎｄ１）、１．７１〜１．９９５ＧＨｚ（Ｂａｎｄ２）、２．４９６〜２．６９ＧＨｚ（Ｂａｎｄ３）において、ガラスアンテナ１００が受信する垂直偏波の平均利得（Ａｖｅｒａｇｅ Ｇａｉｎ）、及び３つの帯域の利得の平均値（算術平均値）（３Ｂａｎｄ Ａｖｅｒａｇｅ）を示す。表２は、図２１について、上記３つの帯域の通信波について、ガラスアンテナ１００が受信する水平偏波の平均利得、及び３つの帯域の平均値を示す。

図２０、図２１、表１、及び表２からわかるように、本発明のガラスアンテナ１００では、上記Ｂａｎｄ１、Ｂａｎｄ２、Ｂａｎｄ３の全帯域の平均利得、即ち、３つの帯域の平均値は−９ｄＢｉ以上であり、垂直偏波及び水平偏波を受信する、良好な平均利得が得られることがわかる。

なお、通信波は通常、ノイズ耐性が強く、用いる周波数が放送波よりも高く、ノイズ源となるカメラ２１や、レインセンサ２２、さらには、テレビやラジオ等の放送波アンテナを近接して配置しても、通信にはあまり影響を受けない。

１ 第１のアンテナエレメント
２ 第２のアンテナエレメント
３ 線条エレメント（第３のアンテナエレメント）
４ 線条エレメント（第４のアンテナエレメント）
５ 線条エレメント（第５のアンテナエレメント）
６ 給電用電極
７ アース側電極
７Ｎ 切り欠き部
８ 抵抗
９ コネクタ
１１ 窓ガラス（フロントガラス）
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ 窓ガラスの外周縁
１２ 中心線
１４ 遮蔽膜
１５ 突出部
１６ 遮蔽ドット部
１７ 遮蔽ドット部
２０，２０−１，２０−２，２０−３，２０−４ カバー
２１ カメラ
２２ レインセンサ
２３ ルームミラー配線支持部
２４ ミラーベース
３０ 車両筐体
３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ 車体フランジの縁部
４０ 車両
１００，１００−１，１００−２，１００−３，１００−４ ガラスアンテナ
α アンテナ導体
β アンテナ導体
γ アンテナ導体

Claims (11)

1. 通信波を送受信するガラスアンテナを備える、車両用窓ガラスであって、
   前記ガラスアンテナは、
   アース側電極及び給電用電極からなる一対の電極と、
   前記給電用電極と接続される第１のアンテナエレメントと、
   前記給電用電極に接続され、略下方へ延在し、前記第１のアンテナエレメントよりも長い、第２のアンテナエレメントと、
   前記給電用電極に接続され、前記第２のアンテナエレメントよりも短く、前記第２のアンテナエレメントと異なる方向へ延在する、第３のアンテナエレメントと、
   一端が前記第３のアンテナエレメントの端部と接続され、他端が上方へ延在する、第４のアンテナエレメントと、
   一端が前記第３のアンテナエレメントの端部と前記第４のアンテナエレメントの一端に接続され、他端が下方へ延在する、第５のアンテナエレメントと、を備える、
   車両用窓ガラス。
2. 当該車両用窓ガラスの周縁領域に形成され、該周縁領域のうち前記車両用窓ガラスの上辺に沿った領域から面内方向へ突出する突出部を備えている遮蔽膜を備えており、
   前記ガラスアンテナの前記一対の電極の少なくとも一部は前記遮蔽膜上に設けられている、
   請求項１記載の車両用窓ガラス。
3. 前記遮蔽膜の前記突出部は上辺が長く下辺が短く、側辺が直線又は曲線の形状であり、
   前記第３のアンテナエレメントは前記遮蔽膜の前記突出部の一方の側辺に向かって延在する、
   請求項２記載の車両用窓ガラス。
4. 前記遮蔽膜の前記突出部は上辺が長く下辺が短い台形状であり、
   前記第４のアンテナエレメントと前記第５のアンテナエレメントとが直線状を成し、該直線が、前記遮蔽膜の前記台形状の前記突出部の一方の側辺と平行である、
   請求項２又は３に記載の車両用窓ガラス。
5. 前記第４のアンテナエレメント及び前記第５のアンテナエレメントが直線状を成し、該直線の下端が前記第２のアンテナエレメントと最近接し、該直線は上になるほど前記第２のアンテナエレメントから離れるように、延在している、
   請求項２から４のいずれか一項に記載の車両用窓ガラス。
6. 前記一対の電極が水平方向に並設され、前記アース側電極は前記給電用電極よりも大きく、
   前記第１のアンテナエレメントが前記アース側電極の一部と近接して並設されている、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の車両用窓ガラス。
7. 前記アース側電極と前記給電用電極とを接続する抵抗が設けられている、
   請求項１から６のいずれか一項に記載の車両用窓ガラス。
8. 前記アース側電極において、又は前記アース側電極及び前記給電用電極の両方において、切り欠き部が、前記抵抗が接触しない位置に、形成される、
   請求項７記載の車両用窓ガラス。
9. 前記ガラスアンテナの前記一対の電極の少なくとも一部、及び、該一対の電極を接続する抵抗を覆う、カバーが設けられる、
   請求項１から８のいずれか一項に記載の車両用窓ガラス。
10. 前記ガラスアンテナが所定距離離れて複数設けられる、
    請求項１から９のいずれか一項に記載の車両用窓ガラス。
11. アース側電極及び給電用電極からなる一対の電極と、
    前記給電用電極と接続される第１のアンテナエレメントと、
    前記給電用電極に接続され、略下方へ延在し、前記第１のアンテナエレメントよりも長い、第２のアンテナエレメントと、
    前記給電用電極に接続され、前記第２のアンテナエレメントよりも短く、前記第２のアンテナエレメントと異なる方向へ延在する、第３のアンテナエレメントと、
    前記給電用電極に接続され、第２のアンテナエレメントよりも短く、第２のアンテナエレメントと異なる向きに接続する、第３のアンテナエレメントと、
    一端が第３のアンテナエレメントの端部と接続され、他端が上方へ延在する、第４のアンテナエレメントと、
    一端が前記第３のアンテナエレメントの端部と前記第４のアンテナエレメントの一端に接続され、他端が下方へ延在する、第５のアンテナエレメントと、を備える、
    ガラスアンテナ。

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