JP6980935B2 - 加熱機能及びアンテナ機能を有する窓アセンブリ - Google Patents

Description

本発明は、一般に車両用アンテナに関し、具体的には、電気的に加熱可能な導電性コーティングを有するガラスに関連して形成されたアンテナに関する。

近年、自動車車両及び建築物では、太陽光負荷軽減（ｓｏｌａｒ ｌｏａｄ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）などの追加機能を有する窓ガラス（ｗｉｎｄｏｗ ｇｌａｚｉｎｇｓ）の人気が高まっている。車両又は建物内部の発熱を抑えるために、太陽エネルギーを反射する太陽光制御フィルムでガラスをコーティングすることができる。通常、このような太陽光制御フィルムは、透明な導電性フィルムである。また、金属コーティングにＤＣ電圧を付与した時に窓全体にＤＣ電流が流れるようにするために、窓ガラス上の透明な金属フィルムを車両窓に使用することもできる。通常、このような実施形態は、窓の除霜（すなわち、雪及び氷の溶解）又は曇り除去のために使用される。

フロントガラス及びリアウインドウなどの自動車の透明部分では、しばしばＡＭ、ＦＭ、ＴＶ、ＤＡＢ、ＲＫＥなどの無線周波の受信及び／又は送信用アンテナが透明部分に取り付けられ又は組み込まれる。これらのアンテナは、透明部分の上に銀又は銅などの導電線を印刷することによって、或いは透明部分に取り付けられた金属線又はストリップによって形成することができる。金属コーティングされた窓を使用する１つの結果として、金属コーティングされた窓が、窓を通過するＲＦ信号の伝播を減衰させ得ることが挙げられる。この結果、金属コーティングされた窓を使用して熱負荷を抑えている建物、車両及びその他の構造に出入りする無線通信が制限されることがある。窓を通過する信号の伝播を金属コーティングが妨げる用途の１つの解決策は、アンテナに干渉している金属コーティングの一部を除去することであった。コーティングを除去すると、コーティングが除去された窓の部分を通じてＲＦ信号の伝播が促される。しかしながら、金属コーティングを除去すると、車両内部への太陽エネルギーの伝達が増加し、これによって車両温度が上昇し得る傾向にある。また、場合によっては、金属コーティングの除去によってガラスを通じたＤＣ電流の流れが妨げられ、ガラス上に非加熱ゾーン（ｎｏｎ−ｈｅａｔｉｎｇ ｚｏｎｅｓ）が形成される場合もある。

従来の構造には、アンテナを窓と一体化したものもある。１／４波長又は半波長アンテナを採用するアンテナ、或いは窓の金属フレームと導電性透明フィルム又はコーティングとの間に形成されたスロットアンテナが提案されてきた。例えば、米国特許第４，８４９，７６６号、第４，７６８，０３７号、第５，６７０，９６６号及び第４，８６４，３１６号には、車両窓上の薄膜によって形成された様々なアンテナ形状が示されている。米国特許第４，７０７，７００号、第５，３５５，１４４号、第５，８９８，４０７号、第７，７６４，２３９号及び第９，３３７，５２５号には、異なるスロットアンテナ構造が開示されている。

独国特許出願公開第１０２０１２００８０３３（Ａ１）号には、加熱装置によって部分的に加熱可能であって加熱されていない窓の部分を電磁波の送受信のためのアンテナとして利用する自動車の窓が開示されている。米国特許出願公開第２０１７／０３１７３９９号には、アンテナを含む電気的に加熱可能な窓が示されている。このアンテナは２ヶ所で給電が行われ、上部給電部は加熱可能なコーティングに直接接続され、下部給電部は加熱パネルに容量結合される。しかしながら、アンテナ利得、放射パターン及びアンテナインピーダンス特性のための高度なアンテナ性能要求を満たすには、これらのアンテナに改善が必要である。

車両電子工学の急速な発達と共に、車両にはますます多くのアンテナが必要になってきた。特にＦＭ及びＴＶ周波数では、マルチパス効果及びフェージング効果を克服するために、車両システムにダイバーシティ動作のためのアンテナが複数必要である。現在では、ほとんどの場合に、ＡＭ、ＦＭ、ＴＶ、ウェザーバンド、リモートキーレスエントリ及びＤＡＢバンドＩＩＩ周波数の要件を満たすために別個のアンテナ及びアンテナ給電部が使用されている。これらのほとんどはリアウインドウガラスに一体化されている。電気ネットワークを使用して別個のアンテナ信号を組み合わせることにより、アンテナから受信機に延びる複数の同軸ケーブルを回避することができる。しかしながら、このようなネットワークでは、独立モジュールの複雑性及び費用が増してしまう。ガラス上のアンテナシステムの複雑性及び費用を抑えるには、アンテナ給電部の数を制限すべきである。従って、異なる用途のための複数の周波数帯を有するアンテナ、とりわけ電気的に加熱可能なＩＲ反射型隠し窓アンテナ（ＩＲ ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ｈｉｄｄｅｎ ｗｉｎｄｏｗ ａｎｔｅｎｎａ）を提供することが有益であると思われる。

米国特許第４，８４９，７６６号明細書 米国特許第４，７６８，０３７号明細書 米国特許第５，６７０，９６６号明細書 米国特許第４，８６４，３１６号明細書 米国特許第４，７０７，７００号明細書 米国特許第５，３５５，１４４号明細書 米国特許第５，８９８，４０７号明細書 米国特許第７，７６４，２３９号明細書 米国特許第９，３３７，５２５号明細書 独国特許出願公開第１０２０１２００８０３３号明細書 米国特許出願公開第２０１７／０３１７３９９号明細書 米国特許第３，６５５，５４５号明細書 米国特許第３，９６２，４８８号明細書

本発明の目的は、高度アンテナ整合法及び周波数同調法を通じて車両上のアンテナ数を低減してアンテナ及び関連する電子部品設計を単純化することである。アンテナは、熱反射コーティング及び優れた美感という全ての太陽光の恩恵（ｓｏｌａｒ ｂｅｎｅｆｉｔｓ）を維持しながらシステム性能要件を満たすことが好ましい。

本開示の発明は、車両用途での使用に適したスロットアンテナを開示する。開示する複数のアンテナ給電方法を有するアンテナは、改善されたインピーダンス整合及び周波数同調能力を有する。このスロットアンテナは、ＶＨＦ及びＵＨＦ帯における改善された性能をもたらす一方で、除霜、除氷又は曇り除去及び優れた美感のための熱反射コーティング、窓加熱能力という太陽光の恩恵も保持する。

このスロットアンテナは、窓の金属フレームと、窓ガラスに接合された導電性透明フィルム又はコーティングの層との間に形成される。コーティングの２つの側縁部は、外部回路に接続された高伝導バスに接続される。バスを通じてコーティングにＤＣ電圧を付与すると、導電性透明フィルムを通じて窓全体に電流が流れて窓を加熱する。電流がコーティングを通過しない時には、コーティングが日射調整コーティングとして機能する。２つの導電性バス及びコーティングは、スロットアンテナを形成するように窓フレームの内縁から離間した外周縁部を定める。スロット寸法は、関心周波数帯内で基本モード及び高次モードをサポートするように設計される。環状形状スロットの総スロット長は、基本励起モードでは１波長であり第１の高次励起モードでは２波長であることが好ましい。

スロットアンテナは、スロットの対向する縁部に接続された平衡並列伝送線（ｂａｌａｎｃｅｄ ｐａｒａｌｌｅｌ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｎｅ）などの電圧源、又はスロットの対向する縁部に接続された同軸ケーブルによって励起させることができる。スロットアンテナは、コプラナー線プローブ（ｃｏｐｌａｎａｒ ｌｉｎｅ ｐｒｏｂｅ）によって給電することもできる。コプラナー線プローブでは、スロットの中心に沿って内部導体が延びて、効果的に容量性電圧給電を行うコプラナー伝送線（ｃｏｐｌａｎａｒ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｎｅ）を形成する。スロットアンテナに付与されたエネルギーは、導電性コーティング、加熱バス及び窓の金属フレーム内に電流フローを引き起こす。電流はスロットの縁部に制約されず、導電性シート及び加熱バスにわたって広がる。その後、導電性シート及び加熱バスの縁部及び両側から放射が生じる。

典型的なセダン車では、リアウインドウのスロット長が、ＦＭ周波数（７６ＭＨｚ〜１０８ＭＨｚ）で共振する第１の高次モードを有する。さらに大きなリアウインドウを有する車では、共振周波数をＦＭ周波数帯の下半分とすることができる。第１の高次モードをＦＭ帯の中心で共振するように移行させるには、導電性コーティングの周縁部の一部を窓フレームの縁部に重なるように外向きに広げる。この重なりは、第１の高次モードに対する負荷効果を最小化するように、電界の「ヌル」位置においてスロットに沿って長手方向に位置する。広がったコーティング縁部と窓フレームの縁部との重なりは、容量結合を通じてコーティングを窓フレームに短絡させる。コーティングが電気的接地に短絡することによってスロットの全長が短縮されるため、第１の高次モードの共振周波数が高くシフトする。スロットに沿った重なりの長手方向位置を調整してコーティング縁部と窓フレームの縁部との間の寸法を調整することにより、第１の高次モードの共振周波数をＦＭ帯の中心に同調させて、より良好なアンテナ性能を得ることができる。

第１の高次モードの共振振動数は、導電性ＩＲコーティングを下側コーティングパネルがガラスの底部付近で窓フレームに重なり合う２つのコーティングパネルに分離することによって高く同調させることもできる。これにより、底部コーティングパネルが容量結合を通じてフレームに電気的に接地するようになる。その後、頂部コーティングパネルの周辺、すなわち上側コーティングパネルの頂部及び側部のコーティングパネル縁部と窓フレームとの間、及び上側コーティングパネルの下縁部と下側コーティングパネルの上縁部との間のみに環状スロットを形成する。スロットモードの共振周波数は、総スロット長が短縮されることによって高くシフトする。２つのコーティングパネルの相対的サイズは、共振モード周波数を同調させるように調整することができる。

ＡＭ周波数（１５０ＫＨｚ〜１７１０ＫＨｚ）用アンテナは、電子ノイズの影響を受けやすい。このようなノイズの発生源としては、窓加熱回路、ブレーキ灯、方向転換灯及びファンモータが挙げられる。ＡＭアンテナは、ＤＣ電源によって給電される場合、コーティング上の電流から発生する低周波ノイズを抑えるためにコーティングパネルから分離させる必要がある。ＡＭアンテナと接地との間の結合容量はアンテナ感度を低下させるので、ＡＭアンテナを窓フレームの縁部から離間させることも必要である。スロット周囲の空間の制限を考慮すると、ＡＭアンテナは性能条件を満たない場合もある。頂部又は底部のコーティング片を加熱パネルから分離してＡＭアンテナとして使用することもできる。一般に、ＡＭアンテナは、ガラスの頂部付近にアンテナが位置する時の方が良い性能を発揮する。

以下、開示する発明をより完全に理解できるように、添付図面にさらに詳細に示して本発明の一例として後述する実施形態を参照されたい。

本開示の発明の特徴を組み込んだガラスの図である。 図１の線Ａ−Ａに沿って切り取った断面図である。 窓アンテナの基本モードの電界分布を示す図である。 窓アンテナの第１の高次モードの電界分布を示す図である。 ４つの短絡ストリップを有する窓アンテナの第１の高次モードの電界分布を示す図である。 短絡ストリップがガラスの底部中心付近に位置するガラスの図である。 反射コーティングパネルが２つのパネルに分離されて底部パネルの一部が窓フレームに重なり合ったガラスの図である。 独立ＡＭアンテナがガラスの頂部付近に位置するガラスの図である。 独立ＡＭアンテナがガラスの底部付近に位置するガラスの図である。 ５０ＭＨｚ〜８００ＭＨｚのアンテナ共振周波数帯を示す、ガラスの左側のアンテナのアンテナ反射損失のプロットである。 ５０ＭＨｚ〜８００ＭＨｚのアンテナ共振周波数帯を示す、ガラスの右側のアンテナのアンテナ反射損失のプロットである。

図１は、本開示の発明の特徴を組み込んだアンテナ後部窓１０及び関連構造の平面図である。ガラス２０は、本体３０の窓縁部３２によって定められる窓開口部を有する金属フレームによって取り囲まれる。ガラス２０の外縁部４０は、導電体３０によって形成された環状フランジに重なり合って、この実施形態では車両のリアウインドウを提供する。

図１及び図２の実施形態では、ガラス２０が、ガラスで構成できる内側透明層４６及び外側透明層４８を含む積層ガラスである。内側層４６及び外側層４８は、中間層５０によって互いに接合される。中間層５０は、ポリビニルブチラール又は同様の材料で形成されることが好ましい。外側層４８は、ガラス２０の外側を定める（従来、１番表面（ｎｕｍｂｅｒ １ ｓｕｒｆａｃｅ）と呼ばれている）外面５２と、（従来、２番表面と呼ばれている）内面５４とを有する。内面５４は、外面５２に対向して外側層４８上に配置される。内側層４６は、ガラス２０の内部に面する（従来、３番表面と呼ばれている）外面５６と、ガラス２０の内側を定めて車両の内部に面する（従来、４番表面と呼ばれている）内面５８とを有する。中間層５０は、外側層４８の表面５４に面する外面６０と、外面６０に対向して中間層５０上に配置されて内側層４６の表面５６に面する内面６２とを定める。後部窓１０は、外部ガラス層４８及び内部ガラス層４６で形成された積層型車両窓（ｌａｍｉｎａｔｅｄ ｖｅｈｉｃｌｅ ｗｉｎｄｏｗ）である。

図２に示すように、ガラス２０は、外側層４８の表面５４の周辺に不透明インクをスクリーン印刷した後に外側層の周辺を焼成することによって外側層４８に施される塗装帯などの隠蔽帯（ｃｏｎｃｅａｌｍｅｎｔ ｂａｎｄ）６４を含むことができる。隠蔽帯６４は、ガラス２０のデイライトオープニング（ｄａｙｌｉｇｈｔ ｏｐｅｎｉｎｇ：ＤＬＯ）の境界を定める閉鎖内縁（ｃｌｏｓｅｄ ｉｎｎｅｒ ｅｄｇｅ）６６を有する。隠蔽帯６４は、開示する後部窓のアンテナ素子と、以下で図示して説明するような、ガラス２０の外周付近に含まれる他の装置とを覆うのに十分な幅を有する。

ガラス２０は、ガラス２０のデイライトオープニングを覆う導電性コーティング６８をさらに含む。導電性コーティング６８は、入射する赤外太陽光放射を反射して、ガラス２０を使用する車両の太陽光シールドを提供する。コーティング６８は、ガラスに対する赤外線及び紫外線放射の透過を低減する。コーティング６８は、当業で周知のプロセスに従って（図２に示すように）外側層４８の表面５４上、又は内側層４６の表面５６上に施された半透明の導電性コーティングであることが好ましい。コーティング６８は導電性であり、例えばＧｉｌｌｅｒｙらに付与された米国特許第３，６５５，５４５号、Ｇｉｌｌｅｒｙに付与された米国特許第３，９６２，４８８号、及びＦｉｎｌｅｙに付与された米国特許第４，８９８，７８９号に開示されるような金属含有コーティングの単一層又は複数層を有することができる。通常、コーティング６８は、１Ω／□〜３Ω／□のシート抵抗と、約７５％の光透過率とを有する。

コーティング６８の帯は、帯７０を形成するためにガラス２０の外周４０とコーティング６８の削除縁部（ｄｅｌｅｔｉｏｎ ｅｄｇｅ）７２との間で外側層４８の表面５４から除去される。コーティング６８は、マスク削除法又はレーザー削除法によってガラス２０から除去することができる。この方法でコーティング６８を除去すると、コーティング６８の周辺における腐食を防ぐのに役立つとともに、ガラス２０に対する無線周波数の透過が改善される。削除縁部７２は、帯６４の内縁６６とガラス２０の周縁部４０との間のガラス２０上に横方向に位置する。この方法でコーティング６８を除去すると、ガラス２０が導電体３０に受け取られて窓縁部３２によって定められた窓開口部を覆うことによって、アンテナスロットの基本構造が提供される。

外側層４８の表面５４を覆う隠蔽帯６４の一部及びコーティング６８の表面７８の一部には、高導電性加熱バス７６ａ及び７６ｂがスクリーン印刷されて、加熱バス７６ａ及び７６ｂが導電性コーティング６８の削除縁部７２の長手方向セグメントをそれぞれ覆うようになる。加熱バス７６ａ及び７６ｂは、それぞれが削除縁部７２のそれぞれの長手方向セグメントを覆うように、それぞれ隠蔽帯６４の一部と、隣接する削除縁部７２である外側層４８とを覆うとともに、隣接する削除縁部７２であるコーティング６８の一部も覆う。加熱バス７６ａ及び７６ｂが覆う削除縁部７２のそれぞれのセグメント内では、加熱バス７６ａ及び７６ｂが、コーティング６８の横方向に隣接する削除縁部７２である帯７０の表面も覆う。このように、加熱バス７６ａ及び７６ｂは、コーティング６８に電気的に接続されたそれぞれの金属ストリップを形成して、加熱バス７６ａの表面８０ａがコーティング６８及び帯６４に接触するとともに加熱バス７６ｂの表面８０ｂもコーティング６８及び帯６４に接触する。加熱バス７６ａは、導電性部材又は導電体及び導電性コーティング６８と協働して、加熱バス７６ａの縁部３４ａと、導電性コーティング６８の縁部７２と、導電体３０の周縁部３２との間にスロットアンテナを定める。加熱バス７６ｂは、導電性部材又は導電体及び導電性コーティング６８と協働して、加熱バス７６ｂの縁部３４ｂと、導電性コーティング６８の縁部７２と、導電体３０の周縁部３２との間にスロットアンテナを定める。

ガラス２０は、１対の平坦な導電性リード８０及び８２をさらに含む。リード８０の一端は、はんだ部材８８ａによって加熱バス７６ａに電気的に接続される。リード８２の一端は、はんだ部材８８ｂによって加熱バス７６ｂに電気的に接続される。導電性リード８０及び８２のそれぞれの他端は、加熱バス７６ａと加熱バス７６ｂとの間に電圧を付与するように外部ＤＣ電源（図示せず）の相手側端子（ｏｐｐｏｓｉｔｅ ｔｅｒｍｉｎａｌｓ）に電気的に接続することができる。加熱バス７６ａ及び７６ｂ間に付与された電圧に応答して金属コーティング６８を流れる電流は、リアウインドウの外側層４８上に除霜又は除氷のための熱を発生させる。平坦な導電性リード８０及び８２は、窓フレーム又は導電体３０から電気的に絶縁されてＤＣ電圧が窓フレームの表面を通過する位置でＤＣ電圧を短絡させないように、ビニールテープ（ｐｌａｓｔｉｃ ｔａｐｅ）８４及び８６又はその他の電気絶縁体によって覆われることが好ましい。

ガラス２０及びその関連する本体構造は、片側の窓フレーム縁部３２と、反対側の加熱バス縁部３４ａ及び３４ｂと導電性コーティング６８のコーティング縁部７２との組み合わせとの間に環状アンテナスロット７０を定める。このスロット幅は、信号が短絡しないように動作周波数におけるスロット幅全体の静電容量効果を無視できるほど十分に大きくなければならない。このスロット幅は、１０ｍｍよりも大きいことが好ましい。環状形状スロットのためのスロットの好ましい長さは、用途の共振周波数における波長の整数倍数である。非環状形状スロットのためのスロットの好ましい長さは、用途の共振周波数に関する波長の半分の整数倍数である。典型的な車両の後部窓１０では、スロット長が、ＶＨＦ帯域において基本モード及び第１の高次モードで共振し、ＴＶ ＶＨＦ帯及びＦＭ用途にとっても有用なものである。

図３に、スロットの頂部側及び底部側の中心に最大電界強度（開（ｏｐｅｎ））が存在して、スロットの右側及び左側の中間に最小電界強度（短（ｓｈｏｒｔ））が存在する基本モードの電界分布を示す。図４には、スロットの隅部に最大電界強度（開）が存在して、頂部側、底部側、右側及び左側の各々のスロットの中心に最小電界強度（短）が存在する第１の高次モードの電界分布を示す。直流電源装置に接続する加熱導電性リード８０及び８２は、スロット全体にわたって配置しなければならない。図３及び図４に示すように、導電性リード８０及び８２は、スロットの右側及び左側の中間に対称的に配置された場合、導電性リード８０及び８２から基本モード及び第１の高次モードに著しく負荷を掛けることなく基本モード及び第１の高次モードを励起できるようにこれらの両モードの「短」地点においてスロットを横切る。加熱機能が不要な時、或いはＲＦチョック（ＲＦ ｃｈｏｃｋｓ）への接続によって加熱リード８０及び８２を高インピーダンスを有するように形成できる時には、モードの「短」及び「開」位置を、スロットアンテナ給電位置及び給電条件に応じて様々な長手方向位置に配置することができる。

スロットアンテナは、スロットの対向する縁部に接続された平衡並列伝送線などの電圧源、又はスロットの対向する縁部に接続された同軸伝送線によって励起させることができる。図３及び図４には、基本モードはスロットの頂部側及び底部側の中心付近に最大値を有し、第１の高次モードはスロットの４つの全ての側部の中心付近に最小値を有することを示す。従って、電圧プローブを使用して頂部側及び底部側の中心位置付近でスロットアンテナに給電を行うと、基本モードのみが励起されるようになる。第１の高次モードの最小電界強度位置の間（例えば、隅部）に給電部を配置すると、基本モード及び第１の高次モードが励起されるようになる。放射パターンは、励起されるモードの特定の組み合わせに応じて異なる。さらに高い周波数ではスロットが効果的に長くなり、従ってλ／４離れた給電位置から複数のモードを励起させることができる。

アンテナ基本モード及び第１の高次モードの共振周波数は、主にアンテナモード共振周波数が典型的な車両エレクトロニクスシステムの動作周波数と一致するように設計できるスロット長によって決まる。大きな窓の車両では、このような用途にとってスロットアンテナの共振周波数が低すぎる場合がある。この場合、電界強度の「短」位置付近の位置において車両フレーム３０の縁部３２に導電性コーティング６８の１又は２以上の部分を重ね合わせることによってスロット長を短くすることができる。このことを、４つの「短」位置を有する図５に示しており、ここではコーティング６８の周縁部の一部が外向きに広がって、第１の高次モードの電界強度最小値（すなわち、「短」）が存在するそれぞれの位置において窓縁部３２の線形セグメント（すなわち、一部）に部分的に重なり合う。図６には、図５に示す重なりの線形セグメントとの比較のために、底部中心付近の「短」位置に長い短絡重複部（ｓｈｏｒｔｉｎｇ ｏｖｅｒｌａｐ）を有する窓スロットアンテナを示す。図５及び図６に示すようにコーティング６８と窓縁部３２とが重なり合うと、無線周波数信号が容量結合を通じて車両フレームに短絡するようになる。第１の高次モードでは、この重なりが「短」位置において生じるので、スロットアンテナモードに著しい負荷を掛けることはない。しかしながら、基本モードでは、最大電界位置（すなわち、「開」）に重なりが存在するので、基本モードは抑制される。第１の高次モードでは、スロットアンテナに沿って電界分布は実質的に変化しないが、スロット長は短くなる。この方法のコーティング６８による選択的重複は、より正確なアンテナ整合のためにスロットアンテナを高周波数帯に同調させる方法を提供する。このように、開示する発明による窓アンテナは、アンテナ共振周波数を、車両エレクトロニクスシステムの周波数に対応するように高く同調させることができる。

図７に示すように、コーティング６８を、導電性コーティングが存在しないスロット６８ｃによって分離された上側コーティングパネル６８ａと下側コーティングパネル６８ｂとに分離することによって、第１の高次モードの共振周波数を高く同調させることもできる。下側コーティングパネル６８ｂの下縁部は、コーティングパネル６８ｂが容量結合を通じて下縁部に沿って窓フレームに電気的に接地されるように、窓フレームの縁部３２に重なり合うように広がる。コーティングパネル６８ａの周辺、すなわち頂部及び側部沿いの窓フレーム３０とコーティングパネル６８ａの縁部との間、並びにコーティングパネル６８ａ、６８ｂ間のスロット沿いのみに環状スロットが形成される。スロットモードの共振周波数は、総スロット長が短いことにより、図１及び図３のスロットに比べて高くシフトする。２つのコーティングパネルの相対的サイズは、共振モード周波数のさらなる調整及び同調のために変更することができる。図７に示すように、ＤＣ電源に接続してリアウインドウ全体（すなわち、パネル６８ａ及びパネル６８ｂそれぞれ）を加熱するために２つの別個の導電性リード８０及び８２が必要である。

スロットアンテナは、スロットの対向する縁部に接続された平衡並列伝送線などの電圧源、又はスロットの対向する縁部に接続された同軸伝送線によって励起させることができる。図１に示すように、アンテナ９２ａは、アンテナスロットに直交してガラスの側部からのアンテナパッド及び加熱バス７６ａに接続されてアンテナ給電地点を定める短いアンテナ給電線によって給電される。給電地点では、平坦なアンテナコネクタ（図示せず）がアンテナパッドに接続し、その後にアンテナを外部モジュールに接続する。給電地点では、アンテナ給電電圧が、給電地点の長手方向位置におけるスロットアンテナの開口部電界電圧（ａｐｅｒｔｕｒｅ ｆｉｅｌｄ ｖｏｌｔａｇｅ）に等しい。図３及び図４に示す電界分布を参照すると、アンテナ給電地点９２ａでは、スロットに沿った給電地点９２ａの長手方向位置が、第１の高次モードでは最大電界強度（すなわち、「開」）に近く、基本モードでは最小電界強度（すなわち、「短」）から離れているため、基本モード及び第１の高次モードの両方を励起させることができる。アンテナ９２ａの反対側のガラス隅部に位置するアンテナ９４ａについても同様である。アンテナ９２ａ及び９４ａは、基本モードでは１／４波長離れており、従って弱く結合される。アンテナ９２ａ及び９４ａは、第１の高次モードでは半波長離れており、従って第１の高次モードでは互いに分離される。従って、アンテナ９２ａ及び９４ａは、同時にダイバーシティアンテナシステムに使用することができる。ＵＨＦ帯では、１／４波長離れた様々な地点で高次モードを励起して異なるアンテナパターンを生成し、従ってパターンダイバーシティを確立することができる。アンテナ９２ａ及び９４ａは、７６ＭＨｚ〜１０８ＭＨｚのＦＭ、１７４ＭＨｚ〜２４０ＭＨｚのＤＡＢ、及び４７０ＭＨｚ〜７６０ＭＨｚのＴＶ ＵＨＦ帯という広帯域用途のために設計されたものである。このためには、スロットアンテナを、ＦＭでは基本モード及び第１の高次モードで、ＤＡＢ及びＴＶ周波数ではさらに高次モードで励起させる必要がある。

開示するスロットアンテナは、図１に示すような結合コプラナー線（ｃｏｕｐｌｅｄ ｃｏｐｌａｎａｒ ｌｉｎｅ）によって給電することもできる。アンテナ９８は、効果的に容量性電圧給電（ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｆｅｅｄ）を行うように加熱バス７６ｂ又はコーティング６８に接続していないコプラナー線１０２を含む。コプラナー線１０２は分散給電（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｆｅｅｄ）であるため、基本モード及び高次モードの両方について励起点を横切ることができる。高次モードの励起は、高周波アンテナ用途、及び複数の周波数帯を有する１又は複数のＴＶアンテナなどのマルチバンドアンテナ用途にとって望ましい。

電圧プローブ給電及び結合コプラナー線を含む図１に示す実施形態と同様の実施形態を構築し、車両上で試験した。図１０及び図１１の点線は、それぞれスロットアンテナ９２ａ及び９４ａの反射損失（Ｓ１１）のプロットを示す。反射損失は、アンテナが「受け入れ」て放射した電力に対する、アンテナに供給されてアンテナから反射された電力の尺度である。図１０及び図１１には、ＦＭ／ＴＶ帯ＩＩ（７６〜１０８ＭＨｚ）、ＴＶ帯ＩＩＩ（１７４ＭＨｚ〜２３０ＭＨｚ）、デジタルオーディオブロードキャスト（ＤＡＢ ＩＩＩ）（１７４ＭＨｚ〜２４０ＭＨｚ）、ＴＶ帯ＩＶ及びＶ（４７４ＭＨｚ〜７６０ＭＨｚ）をカバーする、５０ＭＨｚから最大８００ＭＨｚまでの複数の周波数帯においてアンテナが良好に共振することを示す。しかしながら、ＦＭ帯（７６ＭＨｚ〜１０８ＭＨｚ）は、アンテナ９２ａ及び９４ａによって完全にカバーされていない。より高いＦＭ帯部分におけるアンテナ整合を向上させるには、図６に示すようにガラスの底部中心付近の導電性コーティングを窓フレーム３０の縁部に重なるように広げる。導電性コーティングと窓フレーム縁部とをこのように重ね合わせると、無線周波数信号が容量結合を通じて車両フレームに短絡する。この重なりは、第１の高次モードの弱い電界強度（「短」）位置で生じるので、第１の高次スロットアンテナモードに著しい負荷を掛けることはない。第１の高次モードでは、スロットアンテナに沿って電界分布は実質的に変化しないが、スロット長は短くなる。これにより、典型的な車両モジュールとのより良好なアンテナ整合のためにスロットアンテナを高周波数帯に同調させる方法が提供される。図１０及び図１１の実線は、ガラスの底部中心付近の導電性コーティングが窓フレーム３０の縁部３２に重なり合う時のスロットアンテナ９２ｂ及び９４ｂの反射損失（Ｓ１１）のプロットをそれぞれ表す。図１０及び図１１は、ＦＭ帯における大幅な反射損失の改善を示す。コーティング６８と窓縁部３２との重なりは、主に第１の高次化モード（ＦＭ）のみに適用されるので、他の全てのモードは、図１０及び図１１に示す応答とほぼ同じ応答を維持する。遠距離利得測定の結果は、ＦＭ、ＤＡＢ及びＴＶを含む全ての帯域においてアンテナが非常に良好に機能していることを示す。スロットアンテナは、必要なアンテナ数を低減し、アンテナ増幅器の設計を単純化し、アンテナシステムの全体的コストを削減できるマルチバンド用途の能力を実証する。

図１に示すようなアンテナ９６は、ＡＭ受信（１５０ＫＨｚ〜１７１０ＫＨｚ）を意図したものである。ＡＭアンテナ９６は、アンテナ感度を低下させる並列容量負荷（ｓｈｕｎｔ ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ ｌｏａｄ）を低減するために窓フレーム３０から離れた状態を保つ必要がある。一方で、ＡＭアンテナ９６は、電子ノイズの影響を受けやすい。このような電子ノイズの発生源としては、窓加熱回路、ブレーキ灯、方向転換灯及びファンモータが挙げられる。これらの制約事項は、ＡＭアンテナ９６の位置をコーティング縁部７２と窓フレーム３２の縁部との間に制限する。図１に示すＡＭアンテナ９６は、２つの部分で構成される。第１の部分は、アンテナ接続パッドに接続された単一線に接続された３つの水平線４２を含む。ＡＭアンテナ９６の第２の部分は、ＡＭアンテナ９６の接続パッドに接続された垂直線４３である。ガラスサイズ、及び導電性コーティング縁部７２と窓フレーム縁部３２との間のスロット幅によっては、ＡＭアンテナがいくつかの性能要件を満たさないこともある。ＡＭアンテナ性能を改善するには、導電性コーティング６８の一部を分離して、図８に示すようなＡＭアンテナとして使用することができる。図８は、上側パネル１０２ａと下側パネル１０３とに分離された導電性コーティングを含む。ＡＭアンテナ１００は、導電性トレース１０４及びアンテナバス１０６を含む。アンテナバス１０６は、導電性コーティング６８の上側部分である導電性コーティング１０２ａに電気的に接続される。ＡＭアンテナは、ＤＣ電源による給電時にコーティング上の電流から発生する低周波ノイズを低減するのに十分な間隙でコーティングパネル１０３から分離される。ＡＭアンテナを分離するには、レーザー削除が好ましい。レーザー削除は、それほど視覚的にはっきりと見えず、レーザー削除窓のサイズ及びパターンは、性能要件を満たすように設計して正確に制御することができる。ＡＭアンテナは、図９に示すようにコーティングパネル６８の底部を分離してＡＭアンテナ９６に接続して構築することもできる。一般に、ＡＭアンテナは、ガラスの頂部付近にアンテナが位置する時の方が良い性能を発揮する。

いくつかの好ましい実施形態及び実装を参照しながら本発明を図示し説明したが、本発明の趣旨又は以下の特許請求の範囲から逸脱することなく様々な修正を採用することができると理解されたい。

１０ アンテナ後部窓
２０ ガラス
３０ 導電体
３２ 窓縁部
４０ 外縁部
４２ 水平線
４３ 垂直線
６６ 閉鎖内縁
６８ 導電性コーティング
７０ コーティングの帯
７２ 削除縁部
７６ａ 加熱バス
７６ｂ 加熱バス
８０ 加熱バスの表面
９２ａ アンテナ
９４ａ アンテナ
９６ アンテナ
９８ アンテナ

Claims (36)

1. 窓開口部を定める縁部を有する導電性のフレーム部材に受け入れ可能な窓アセンブリに含まれるアンテナであって、該アンテナは、
   外周縁部によって定められた表面を有する少なくとも１つの層と、
   前記層の前記表面上に位置し、少なくとも一部が前記層の前記外周縁部から内向きに離間した外周縁部を有する、光学的に透明な導電性コーティングと、
   前記導電性コーティングの導電率よりも高い導電率を有し、一部が前記導電性コーティングの縁部上に位置して一部が前記層の前記表面を覆って位置し、第１の縁部を有する第１の加熱バスであって、前記窓アセンブリが前記フレーム部材に受け入れられた時に、前記第１の加熱バスの前記第１の縁部が前記導電性コーティングの外周縁部と前記フレーム部材の縁部との間で横方向に離間し、前記第１の加熱バスが前記フレーム部材及び前記導電性コーティングと協働してスロットアンテナを定めるようになる、第１の加熱バスと、
   前記導電性コーティングの導電率よりも高い導電率を有し、一部が前記導電性コーティングの縁部上に位置して一部が前記層の前記表面を覆って位置し、前記第１の加熱バスの前記導電性コーティング上に対向して存在して第１の縁部を有する第２の加熱バスであって、前記窓アセンブリが前記フレーム部材に受け入れられた時に、前記第２の加熱バスの前記第１の縁部が前記導電性コーティングの外周縁部と前記フレーム部材の縁部との間で横方向に離間し、前記第２の加熱バスが前記フレーム部材及び前記導電性コーティングと協働して前記スロットアンテナを定めるようになる、第２の加熱バスと、
   前記第１の加熱バスに電気的に接続するとともにＤＣ電圧源の第１の端子にも接続可能な第１の導電体、及び前記第２の加熱バスに電気的に接続するとともに前記第１の端子とは逆の電気極性を有する前記ＤＣ電圧源の第２の端子にも接続可能な第２の導電体であって、前記第１の導電体及び前記第２の導電体が前記ＤＣ電圧源に接続された時に、前記導電性コーティングを電流が流れて前記層を加熱するようになる、第１の導電体及び第２の導電体と、
   前記層上に位置して前記第１の加熱バス又は前記第２の加熱バスの一方に電気的に接続するアンテナ給電線と、
   を備えることを特徴とするアンテナ。
2. 前記第１の加熱バスは、該第１の加熱バスが少なくとも前記導電性コーティングの前記外周縁部の部分的な長さに重なり合うように、前記導電性コーティングの前記外周縁部から横方向内向きに離間した第２の縁部を有し、前記第２の加熱バスは、該第２の加熱バスが少なくとも前記導電性コーティングの前記外周縁部の部分的な長さに重なり合うように、前記導電性コーティングの前記外周縁部から横方向内向きに離間した第２の縁部を有する、
   請求項１に記載のアンテナ。
3. 前記第１の加熱バス及び前記第２の加熱バスは、前記導電性コーティングの前記外周縁部と協働して前記スロットアンテナの片側を定め、前記フレーム部材の前記縁部は、前記スロットアンテナの反対側を定める、
   請求項２に記載のアンテナ。
4. 前記アンテナ給電線は、前記第１の加熱バス又は前記第２の加熱バスの一方の前記第１の縁部を横切るとともに、前記フレーム部材の前記縁部も横切る、
   請求項３に記載のアンテナ。
5. 前記アンテナ給電線の寸法及び位置、前記第１の加熱バス又は前記第２の加熱バスの位置、前記スロットアンテナの長さ、前記第１の加熱バスの前記第１の縁部と前記フレーム部材の前記縁部との間の間隙、及び前記第２の加熱バスの前記第１の縁部と前記フレーム部材の前記縁部との間の間隙は、前記アンテナ給電線の寸法及び位置に従って前記スロットアンテナの異なるモードにおけるインピーダンスを決定する、
   請求項３に記載のアンテナ。
6. 前記スロットアンテナは、電圧プローブ又は同軸ケーブルによって給電され、前記同軸ケーブルの外側導体は前記フレーム部材に接続され、前記同軸ケーブルの中心導体は、前記アンテナ給電線に接続されるとともに前記第１の加熱バス又は前記第２の加熱バスにも接続される、
   請求項３に記載のアンテナ。
7. 前記スロットアンテナは、前記第１の加熱バスの前記第１の縁部と前記フレーム部材の前記縁部との間、又は前記第２の加熱バスの前記第１の縁部と前記フレーム部材の前記縁部との間で横方向に離間した結合コプラナー線によって給電される、
   請求項３に記載のアンテナ。
8. 前記スロットアンテナは、前記導電性コーティング上に対向して配置された前記スロットアンテナの部分の中心において前記スロットアンテナに沿って長手方向に最大電界強度が存在する基本モードを有し、前記第１及び第２の導電体は、前記スロットアンテナの最小電界強度の位置において前記スロットアンテナに沿って長手方向に位置する、
   請求項３に記載のアンテナ。
9. 前記スロットアンテナは、左側及び右側によって接続された上側及び下側を定め、前記上側及び下側は、前記左側及び右側と協働して、前記上側と前記左側及び右側との間、及び、前記下側と前記左側及び右側との間に隅部を形成し、前記スロットアンテナは、前記スロットアンテナの前記隅部に最大電界強度が存在する第１の高次モードを有し、前記第１及び第２の導電体は、前記スロットアンテナの最小電界強度の位置において前記スロットアンテナに沿って長手方向に位置する、
   請求項３に記載のアンテナ。
10. 前記光学的に透明な導電性コーティングは、前記最小電界強度の長手方向位置において前記フレーム部材に部分的に重なり合う周縁部を有し、前記光学的に透明な導電性コーティングは、前記最小電界強度の位置において容量結合を通じて前記フレーム部材に電気的に接続される、
    請求項９に記載のアンテナ。
11. 前記光学的に透明な導電性コーティングの最小電界強度位置における前記フレーム部材への電気的な接続は、前記スロットアンテナに沿って電界分布を変化させず、前記スロットアンテナのスロット長は、前記スロットアンテナの共振周波数を高くシフトさせるように容量結合を通じて短縮される、
    請求項１０に記載のアンテナ。
12. 前記アンテナ給電線は、前記第１の加熱バス又は前記第２の加熱バスに沿ったいずれかの位置においてアンテナ給電地点に接続可能である、
    請求項３に記載のアンテナ。
13. 前記アンテナ給電線は、前記第１の加熱バス又は前記第２の加熱バスの前記第１の縁部と前記層の前記外周縁部との間に横方向に位置してアンテナ設計を定める、
    請求項３に記載のアンテナ。
14. 前記窓アセンブリは複数のアンテナ設計を含み、各それぞれのアンテナの前記アンテナ給電線は、前記第１の加熱バス又は前記第２の加熱バスの前記第１の縁部と前記層の前記外周縁部との間に横方向位置を有して前記それぞれのアンテナ設計を定める、
    請求項１３に記載のアンテナ。
15. 窓開口部を定める内縁を有する導電性部材を含む、車両において使用されるアンテナであって、該アンテナは、
    （ａ）前記窓開口部を覆って受け取られるように構成された窓アセンブリであって、
    外周縁部によって定められた表面を有する少なくとも１つの透明層と、
    前記透明層の前記表面上に位置し、少なくとも一部が前記車両の前記導電性部材の前記内縁から横方向内向きに離間した外周縁部を有する、光学的に透明な導電性コーティングと、
    前記透明層の前記表面上に部分的に位置し、前記透明な導電性コーティングの導電率よりも高い導電率を有し、第１の部分及び第２の部分を有する加熱バスであって、前記第１及び第２の部分の各々は、前記導電性コーティングの前記外周縁部と前記車両の前記導電性部材の前記内縁との間で横方向に離間した第１の縁部をそれぞれ有し、前記加熱バスの前記第１及び第２の部分の各々は、それぞれ第２の縁部も有し、前記第２の縁部の少なくとも一部は、前記加熱バスの前記一部が前記導電性コーティングの前記外周縁部の少なくとも一部に重なり合うように、前記導電性コーティングの前記外周縁部から内向きに、かつ前記導電性コーティングの上方に離間し、前記加熱バスは、前記導電性部材及び前記導電性コーティングと協働して、前記加熱バスの前記第１の縁部と前記導電性部材の前記内縁との間にスロットアンテナを定める、加熱バスと、
    前記加熱バスの前記第１の縁部と前記導電性部材の前記内縁との間の前記透明層上に位置するアンテナ給電線と、
    前記アンテナ給電線を前記加熱バスに電気的に接続するアンテナ給電地点と、
    を含む、窓アセンブリと、
    （ｂ）前記加熱バスの前記第１の部分の両端間の中間点において前記加熱バスの前記第１の部分に電気的に接続された第１の電熱線、及び前記加熱バスの前記第２の部分の両端間の中間点において前記加熱バスの前記第２の部分に電気的に接続された第２の電熱線と、
    （ｃ）前記アンテナ給電線に電気的に接続されたアンテナ給電ケーブルと、
    （ｄ）前記アンテナ給電ケーブルと前記車両の前記導電性部材との間の電気的接地と、
    を備えることを特徴とするアンテナ。
16. 前記窓アセンブリの周辺の不透明コーティングの帯をさらに備え、前記アンテナ給電線は、前記不透明コーティングの帯の幅内に横方向に位置する、
    請求項１５に記載のアンテナ。
17. 前記スロットアンテナは、動作周波数における前記スロットアンテナにわたる容量効果を打ち消すのに十分なスロット幅を有する、
    請求項１５に記載のアンテナ。
18. 前記窓アセンブリの前記アンテナ給電地点は、前記アンテナ給電線及び前記加熱バスに接続された導電線を含む、
    請求項１５に記載のアンテナ。
19. 前記加熱バスは、前記導電性コーティングに電気的に接続される、
    請求項１５に記載のアンテナ。
20. 前記スロットアンテナは環状構成を有し、前記スロットアンテナのスロット長は、基本励起モードでは１つの波長である、
    請求項１５に記載のアンテナ。
21. 前記スロットアンテナは環状構成を有し、前記スロットアンテナのスロット長は、第１の高次励起モードでは２つの波長である、
    請求項１５に記載のアンテナ。
22. 前記スロットアンテナは、中心を有する上部及び中心を有する下部を定め、前記スロットアンテナの前記上部及び前記スロットアンテナの前記下部は、それぞれの端部が左側部分によって接続されて逆のそれぞれの端部が右側部分によって接続され、前記スロットアンテナの基本励起モードは、前記スロットアンテナの前記上部の前記中心、及び前記スロットアンテナの前記下部の前記中心に最大電界強度を有し、前記第１及び第２の電熱線は、それぞれの最小電界強度位置において前記スロットアンテナを横切る、
    請求項１５に記載のアンテナ。
23. 前記スロットアンテナの前記上部及び下部は、前記スロットアンテナの前記左側部分及び右側部分と協働して、前記左側部分と前記上部及び下部との間、及び前記右側部分と前記上部及び下部との間に前記スロットアンテナの隅部を定め、第１の高次モードは、前記スロットアンテナの前記隅部に最大電界強度を有し、前記第１の電熱線又は前記第２の電熱線は、最小電界強度の位置において前記スロットアンテナを横切る、
    請求項２２に記載のアンテナ。
24. 前記光学的に透明な導電性コーティングは、前記スロットアンテナの基本モードの第１の高次モードの最小電界強度の長手方向位置において前記導電性部材に部分的に重なり合う周縁部を有し、前記光学的に透明な導電性コーティングは、前記最小電界強度の前記位置において容量結合を通じて前記導電性部材に電気的に接続される、
    請求項１５に記載のアンテナ。
25. 前記光学的に透明な導電性コーティングは、最小電界強度の長手方向位置において前記導電性部材に電気的に接続され、このような電気的接続は、たとえ前記スロットアンテナの有効スロット長が短縮されて、前記スロットアンテナの共振周波数がＦＭ、ＤＡＢ又はＴＶ周波数帯においてより厳密に前記アンテナに適合するように高くシフトされた場合でも、前記スロットアンテナの電界分布を変化させない、
    請求項２４に記載のアンテナ。
26. 前記スロットアンテナは、電圧プローブ又は同軸ケーブルによって給電を受けることができ、前記同軸ケーブルの外側導体は、前記車両の前記導電性部材に接続され、前記同軸ケーブルの中心導体は、前記アンテナ給電線及び前記加熱バスに接続される、
    請求項２５に記載のアンテナ。
27. 前記電圧プローブは、基本モード及び高次モードの電圧励起点を横切り、高次モードの励起は、ＦＭ、ＤＡＢ、ＴＶアンテナ、又は複数の周波数帯を有するアンテナを含む高周波用途及びマルチバンドアンテナ用途にとって望ましい、
    請求項２６に記載のアンテナ。
28. 前記スロットアンテナは、前記加熱バスの前記第１の縁部と前記車両の前記導電性部材の縁部との間で横方向に離間した結合コプラナー線によって給電される、
    請求項２７に記載のアンテナ。
29. 前記結合コプラナー線の寸法は、スロットアンテナインピーダンスを入力装置のインピーダンスに一致させるように選択される、
    請求項２８に記載のアンテナ。
30. 前記電圧プローブ及び前記結合コプラナー線は、前記窓アセンブリの周辺の予め選択された長手方向位置において前記アンテナに給電するように構成される、
    請求項２９に記載のアンテナ。
31. 前記結合コプラナー線は、マルチバンド用途のためのＶＨＦ及びＵＨＦ帯において基本モード及び高次モードを励起する、
    請求項２８に記載のアンテナ。
32. 前記スロットアンテナは単一の給電部を有し、ＦＭ用途のための７６ＭＨｚ〜１０８ＭＨｚ、ＤＡＢ用途のための１７４ＭＨｚ〜２４０ＭＨｚ、ＴＶ用途のための４７０ＭＨｚ〜７６０ＭＨｚの周波数帯で動作する、
    請求項１５に記載のアンテナ。
33. 前記スロットアンテナは、異なるそれぞれの電界分布を提供する異なるスロットアンテナモードを励起するアンテナダイバーシティシステムを提供するように、それぞれが前記スロットアンテナ上の異なる長手方向位置に位置する複数の電圧プローブ及び同一平面上の給電線から給電される、
    請求項１５に記載のアンテナ。
34. 前記光学的に透明な導電性コーティングは、頂部パネル及び底部パネルに電気的に分離され、前記底部パネルの周縁部は、前記導電性部材の縁部に重なるように広がり、前記底部パネルと前記導電性部材との前記重なりは、電気的接地接続部を形成する、
    請求項１５に記載のアンテナ。
35. 前記頂部パネルは、前記スロットアンテナの共振周波数が、ＦＭ、ＤＡＢ又はＴＶ周波数により厳密に適合する高周波にシフトするように、前記頂部パネル及び前記底部パネルの周縁部と比べて短い周縁部を有する、
    請求項３４に記載のアンテナ。
36. 前記頂部パネル又は前記底部パネルの領域は、ＡＭアンテナとして使用されるように選択される、
    請求項３４に記載のアンテナ。

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