JP7415943B2 - アンテナシステム - Google Patents
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Description
本発明は、アンテナシステムに関する。
近年、４Ｇ ＬＴＥから５Ｇ（ｓｕｂ６）への移行など、マイクロ波やミリ波の周波数帯を使用する高速・大容量の無線通信システムを利用するサービスが拡がる動きがある。具体的には、３ＧＨｚ帯域から５～６ＧＨｚ帯域まで、そのようなサービスの使用帯域が広がる傾向にある。そして、このような周波数帯に対応可能であって、指向性及び受信感度の良好なアンテナが求められている。また、車車間通信および路車間通信として期待されているＶ２Ｘ（Vehicle to Everything）は、例えば５．９ＧＨｚ帯において米国で使用されるなど、多くの用途に展開されている。さらに、ｓｕｂ６よりも高い周波数（例えば、２８ＧＨｚ帯、４０ＧＨｚ帯、６０ＧＨｚ帯、７０ＧＨｚ帯）を用いた無線通信システムの普及に向けた試みも行われている。
このような高周波数帯域の通信を行うため、例えば、車内に備えられたミリ波レーダーによる送受を行う場合、これまでの比較的低い、例えば１ＧＨｚ未満の周波数帯の通信において顕著ではなかった、窓ガラスによる利得の減衰が起こることがある。そこで、高周波数帯域の通信において高い利得を得るために、窓ガラスの一部に電波透過材を嵌め込む構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
しかし、特許文献１の技術では、窓ガラスそのものに機械的な加工を施したり、窓ガラスとは別の部材を、窓ガラスが通常存在する部分に包含させたりするため、構成が複雑になり、生産性が低下する問題があった。
そこで、本開示は、厚さが１．１ｍｍ以上のガラス板を用いて、そのガラス板の構成を複雑化させることなく、所定の高周波帯の電波を送受可能なアンテナシステムを提供する。
本開示は、
厚さが１．１ｍｍ以上のガラス板と、
前記ガラス板の一方の主面と接触する樹脂層と、
前記樹脂層に対して前記ガラス板が位置する側とは反対側に位置し、前記樹脂層から離れて配置されるアンテナとを備え、
前記樹脂層は、厚さが０．２ｍｍ以上１０ｍｍ以下であり、
周波数３ＧＨｚ以上の所定の周波数をＦとし、
周波数Ｆの入射電波に対する、前記ガラス板の単体の透過係数Ｓ２１をＳ２１Ｇ［ｄＢ］とし、
周波数Ｆの入射電波に対する、前記ガラス板および前記樹脂層を含む積層体の透過係数Ｓ２１をＳ２１ＧＲ［ｄＢ］とし、
前記ガラス板の単体の透過係数Ｓ２１が極大になる入射電波の周波数のうち周波数Ｆに最も近い周波数をＦＰとし、
周波数ＦＰの入射電波に対する、前記ガラス板の単体の透過係数Ｓ２１をＳ２１ＧＰ［ｄＢ］とし、
前記ガラス板の単体の透過係数Ｓ２１が極小になる入射電波の周波数のうち周波数Ｆに最も近い周波数をＦＶとし、
周波数ＦＶの入射電波に対する、前記ガラス板の単体の透過係数Ｓ２１をＳ２１ＧＶ［ｄＢ］とするとき、
Ｓ２１ＧＲ－Ｓ２１Ｇ≧（Ｓ２１ＧＰ－Ｓ２１ＧＶ）×０．２
が成立する、アンテナシステムを提供する。
厚さが１．１ｍｍ以上のガラス板と、
前記ガラス板の一方の主面と接触する樹脂層と、
前記樹脂層に対して前記ガラス板が位置する側とは反対側に位置し、前記樹脂層から離れて配置されるアンテナとを備え、
前記樹脂層は、厚さが０．２ｍｍ以上１０ｍｍ以下であり、
周波数３ＧＨｚ以上の所定の周波数をＦとし、
周波数Ｆの入射電波に対する、前記ガラス板の単体の透過係数Ｓ２１をＳ２１Ｇ［ｄＢ］とし、
周波数Ｆの入射電波に対する、前記ガラス板および前記樹脂層を含む積層体の透過係数Ｓ２１をＳ２１ＧＲ［ｄＢ］とし、
前記ガラス板の単体の透過係数Ｓ２１が極大になる入射電波の周波数のうち周波数Ｆに最も近い周波数をＦＰとし、
周波数ＦＰの入射電波に対する、前記ガラス板の単体の透過係数Ｓ２１をＳ２１ＧＰ［ｄＢ］とし、
前記ガラス板の単体の透過係数Ｓ２１が極小になる入射電波の周波数のうち周波数Ｆに最も近い周波数をＦＶとし、
周波数ＦＶの入射電波に対する、前記ガラス板の単体の透過係数Ｓ２１をＳ２１ＧＶ［ｄＢ］とするとき、
Ｓ２１ＧＲ－Ｓ２１Ｇ≧（Ｓ２１ＧＰ－Ｓ２１ＧＶ）×０．２
が成立する、アンテナシステムを提供する。
本開示の技術によれば、厚さが１．１ｍｍ以上のガラス板を用いて、そのガラス板の構成を複雑化させることなく、所定の高周波帯の電波における透過係数の低下を抑制したアンテナシステムを提供できる。
以下、図面を参照して、本開示に係る実施形態の説明を行う。なお、各形態において、平行、直角、直交、水平、垂直、上下、左右などの方向には、本発明の効果を損なわない程度のずれが許容される。また、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向は、それぞれ、Ｘ軸に平行な方向、Ｙ軸に平行な方向、Ｚ軸に平行な方向を表す。Ｘ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向は、互いに直交する。ＸＹ平面、ＹＺ平面、ＺＸ平面は、それぞれ、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に平行な仮想平面、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に平行な仮想平面、Ｚ軸方向及びＸ軸方向に平行な仮想平面を表す。
本実施形態におけるアンテナシステムは、例えば、マイクロ波やミリ波等の高周波帯（例えば、３ＧＨｚ～３００ＧＨｚ）の信号の伝搬に使用される。そのような高周波帯には、３～３０ＧＨｚのＳＨＦ帯、３０～３００ＧＨｚのＥＨＦ帯が含まれる。
本実施形態におけるアンテナシステムは、例えば、第５世代移動通信システム（いわゆる、５Ｇ）、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｃ及びＩＥＥＥ８０２．１１ａｄ等の無線ＬＡＮ（Local Area Network）規格で使用されてもよい。また、本実施形態におけるアンテナシステムは、車両で使用される場合、レーダーを照射する車載レーダーシステムや車車間通信や路車間通信等のＶ２Ｘ通信システム、移動体通信システムの標準規格の仕様の検討や調整を行う３ＧＰＰ（３ｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ Ｐｒｏｊｅｃｔ）による規格Ｃｅｌｌｕｌａｒ Ｖ２Ｘ（Ｃ－Ｖ２Ｘ）で使用されてもよい。
本実施形態におけるアンテナシステムは、車両用に限られず、建物用でもよいし、電子機器用でも適用可能である。
本実施形態におけるアンテナシステムは、厚さが１．１ｍｍ以上のガラス板と、そのガラス板の表面から離れて配置されるアンテナとを備える。アンテナがガラス板を介して電波を受信又は送信する場合、高周波数帯になるほど電波はガラス板を透過する際に減衰して伝わる傾向があるので、ガラス板による電波の透過損失（Transmission Loss）を抑えることが要求される。なお、ガラス板は、例えば、車両用の１枚のガラスであれば、２ｍｍ以上の厚さ、３ｍｍ以上の厚さ、又は４ｍｍ以上の厚さのガラスが使用される。また、厚さの上限はとくに無いが、車両用の１枚のガラスであれば６ｍｍ以下の厚さ、又は５ｍｍ以下の厚さのガラスが使用される。
図１は、ガラス板にその主表面の法線方向から入射する電波の周波数に対する、ガラス板の単体の透過係数Ｓ２１のシミュレーション結果を例示する図である。透過係数Ｓ２１は、Ｓパラメータ（Scattering parameter）の一つであり、対象物に入射する電波がその対象物を透過する度合いを表す指標である。透過係数Ｓ２１は負値であり、透過係数Ｓ２１が大きいほど（零に近づくほど）、減衰度合いが小さい（つまり、透過損失が小さい）ことを表す。凡例は、各々のガラス板の厚さ（単位：ｍｍ）ｔ１において、周波数２７．９ＧＨｚにおける透過係数Ｓ２１（単位：ｄＢ）を示している。
図１に示されるように、透過係数Ｓ２１は、ガラス板に入射する電波の周波数に応じて異なり、周波数に関して略周期的に変化する。また、透過係数Ｓ２１は、ガラス板の厚さｔ１によっても変化する。したがって、使用する電波の周波数に対する透過係数Ｓ２１が比較的低い場合、厚さｔ１を変えることで、透過係数Ｓ２１を大きくするような調整もできる。例えば、使用する電波の周波数が２７．９ＧＨｚの場合において、厚さｔ１が３．１ｍｍのとき、透過係数Ｓ２１は約－３．６９ｄＢである。これに対し、厚さｔ１を４．１ｍｍに変更すると、透過係数Ｓ２１を約－０．４０ｄＢに大きくできるので、透過損失の抑制が可能となる。
しかしながら、例えば、車両や建物等の窓ガラスに用いられるガラス板の厚さは、強度等の要求仕様などから所定の厚さの範囲となるように決められている場合が多い。そのため、ガラス板は、その厚さを自由に変更することは難しい場合が多い。
そこで、本実施形態におけるアンテナシステムは、ガラス板の厚さの変更と等価的な効果を奏する構成を有する。次に、本実施形態におけるアンテナシステムの構成について詳細に説明する。
図２は、本実施形態におけるアンテナシステムを例示する部分断面図である。図２に示すアンテナシステム１０００は、積層体７０と、積層体７０からＸ軸方向に離れて配置されるアンテナ７３とを備える。積層体７０は、ガラス板７１と樹脂層７２とがＸ軸方向に積層する構成を有する。Ｘ軸方向は、ガラス板７１の主表面の法線方向に対応する。
ガラス板７１は、その主表面として、第１主面７７と、第１主面７７とは反対側の第２主面７６とを有し、厚さｔ１が１．１ｍｍ以上である。なお、ガラス板７１は、例えば、車両用のガラスであれば、２ｍｍ以上の厚さ、３ｍｍ以上の厚さ、又は４ｍｍ以上のガラスが使用される。第１主面７７は、ガラス板７１の一方の主面であり、第２主面７６は、ガラス板７１の他方の主面である。厚さｔ１は、第１主面７７と第２主面７６との間のＸ軸方向における厚さを表す。
なお、厚さｔ１の上限は、アンテナ７３に要求される利得が確保される限り、特に限定されない。例えば、ガラス板７１が車両用の窓ガラスに使用される場合、厚さｔ１は６ｍｍ以下であったり、５ｍｍ以下であったりする。ガラス板７１が、例えば、２枚のガラス板で樹脂などの中間膜を挟み積層した構造を備える合わせガラスの場合、厚さｔ１は１０ｍｍ（＝５ｍｍ×２）＋中間膜厚さ以下である。なお、合わせガラスに用いる中間膜の厚さは、通常、０．２ｍｍ～２ｍｍである。そのため、合わせガラスの厚さは１２ｍｍ以下の場合が多い。また、例えば、鉄道車両用等の合わせガラスの場合、厚さｔ１は６ｍｍ超とすることが多く、このような用途を鑑みると、合わせガラスの厚さは１２ｍｍ以下に限らず２５ｍｍ以下でもよい。
樹脂層７２は、ガラス板７１の第１主面７７と接触する。図２に示す形態では、樹脂層７２は、主成分を樹脂とする樹脂部７５と、第１主面７７と樹脂部７５との間に介在する接着部７４とを有し、接着部７４は、樹脂部７５を第１主面７７に接着させる。なお、樹脂層７２は、単層からなる形態、より具体的には、接着部７４のみからなる形態、又は接着部７４が存在しない形態でもよい。
アンテナ７３は、樹脂層７２に対してガラス板７１が位置する側とは反対側に位置し、樹脂層７２から離れて配置されている。例えば、アンテナ７３は、樹脂層７２の表面（図２の場合、樹脂部７５の表面）から離れて配置されるように、ガラス板７１の第１主面７７の側に不図示の箱型のブラケットを介して取り付けられている。なお、樹脂部７５は、アンテナ７３を支持するブラケットの一部でもよい。ブラケットの材料は、樹脂層７２と同じ材料を含むことにより、樹脂層７２とブラケットとの一体化が容易になり、この場合、ブラケットのうち樹脂層７２に相当する部分の厚さｔ２を調整することで、高周波数帯の透過係数Ｓ２１を大きくできる。
アンテナ７３は、周波数３ＧＨｚ以上の所定の周波数Ｆの電波を送受可能に形成されている。アンテナ７３は、所定の周波数Ｆの電波を送受可能に形成されていれば、その形態は限定されない。アンテナ７３の具体例として、マイクロストリップアンテナ等の平面アンテナが挙げられる。
図３は、ガラス板７１の表面の法線方向からガラス板７１に入射する電波の周波数に対する、ガラス板７１の単体の透過係数Ｓ２１のシミュレーション結果を例示する図である。図３は、ガラス板７１の厚さｔ１が３．１ｍｍの場合と３．５ｍｍの場合とを示している。
ここで、周波数Ｆの入射電波に対する、ガラス板７１の単体の透過係数Ｓ２１をＳ２１Ｇ［ｄＢ］とする。また、ガラス板７１の単体の透過係数Ｓ２１が極大になる入射電波の周波数のうち周波数Ｆに最も近い周波数をＦＰとする。また、周波数ＦＰの入射電波に対する、ガラス板７１の単体の透過係数Ｓ２１をＳ２１ＧＰ［ｄＢ］とする。また、ガラス板７１の単体の透過係数Ｓ２１が極小になる入射電波の周波数のうち周波数Ｆに最も近い周波数をＦＶとする。さらに、周波数ＦＶの入射電波に対する、ガラス板７１の単体の透過係数Ｓ２１をＳ２１ＧＶ［ｄＢ］とする。入射電波とは、ガラス板７１の主表面にその法線方向から入射する電波を表す。［ｄＢ］は、単位“デシベル”を表す。
また、図２に示す形態において、周波数Ｆの入射電波に対する、ガラス板７１および樹脂層７２を含む積層体７０の透過係数Ｓ２１をＳ２１ＧＲ［ｄＢ］とする。この形態において、本発明者は、『Ｓ２１ＧＲ－Ｓ２１Ｇ≧（Ｓ２１ＧＰ－Ｓ２１ＧＶ）×０．２』を満足するように、樹脂層７２の厚さｔ２を調整すると、ガラス板７１の厚さｔ１を変更せずに、周波数Ｆの電波を効率的に送受できることを見出した。つまり、樹脂層７２が、『Ｓ２１ＧＲ－Ｓ２１Ｇ≧（Ｓ２１ＧＰ－Ｓ２１ＧＶ）×０．２』を満足する厚さｔ２を有することにより、樹脂層７２が無い場合に比べて、透過係数Ｓ２１が大きくなり、透過損失の抑制が可能となる。
図３から明らかなように、（Ｓ２１ＧＰ－Ｓ２１ＧＶ）は、周波数Ｆ近傍の周波数帯域でのＳ２１の波高値を表す。したがって、『Ｓ２１ＧＲ－Ｓ２１Ｇ≧（Ｓ２１ＧＰ－Ｓ２１ＧＶ）×０．２』は、Ｓ２１の波高値（Ｓ２１ＧＰ－Ｓ２１ＧＶ）を１００％とするとき、樹脂層７２を追加すると、透過係数Ｓ２１がその波高値に対して２０％以上改善することを意味している。
本実施形態では、周波数Ｆにおけるガラス板７１の単体の透過係数Ｓ２１Ｇが比較的低い場合、例えば、『Ｓ２１Ｇ≦－（Ｓ２１ＧＰ－Ｓ２１ＧＶ）×０．５』が成立する場合、樹脂層７２の追加による透過係数Ｓ２１の改善効果が高い。
また、本実施形態では、周波数Ｆが、５～６ＧＨｚ帯、２８ＧＨｚ帯（２６～２９ＧＨｚ）、４０ＧＨｚ帯（３８～４０ＧＨｚ）、６０ＧＨｚ帯（５７～６６ＧＨｚ）、７０ＧＨｚ帯（７６～８１ＧＨｚ）のいずれかの範囲に含まれるとき、それら以外の範囲に含まれる場合に比べて、樹脂層７２の追加による透過係数Ｓ２１の改善効果が高い。
透過損失を抑制する点で、樹脂層７２は、『Ｓ２１ＧＲ－Ｓ２１Ｇ≧（Ｓ２１ＧＰ－Ｓ２１ＧＶ）×０．４』を満足する厚さｔ２とすることがより好ましく、『Ｓ２１ＧＲ－Ｓ２１Ｇ≧（Ｓ２１ＧＰ－Ｓ２１ＧＶ）×０．６』を満足する厚さｔ２とすることがさらに好ましい。さらに、樹脂層７２は、『Ｓ２１ＧＲ－Ｓ２１Ｇ≧（Ｓ２１ＧＰ－Ｓ２１ＧＶ）×０．８』を満足する厚さｔ２とすることがとくに好ましく、『Ｓ２１ＧＲ－Ｓ２１Ｇ≧（Ｓ２１ＧＰ－Ｓ２１ＧＶ）×０．９』を満足する厚さｔ２とすることが最も好ましい。
図４は、樹脂層７２の厚さｔ２の違いによる透過係数Ｓ２１の周波数特性を例示する図である。積層体７０にその主表面の法線方向から入射する電波の周波数に対する、積層体７０の透過係数Ｓ２１のシミュレーション結果が示されている。凡例は、各々の樹脂層７２の厚さｔ２（単位：ｍｍ）において、周波数Ｆが２７．９ＧＨｚのときの透過係数Ｓ２１（単位：ｄＢ）を示している。なお、ｔ２＝０のときの波形は、樹脂層７２が無い場合を示し、ガラス板７１の単体の透過係数Ｓ２１の変化を示す。また、ガラス板７１は、厚さｔ１を３．１ｍｍ、比誘電率を７、誘電正接（いわゆる、ｔａｎδ）を０．０１に設定している。また、樹脂層７２は、比誘電率を３．６、誘電正接を０．０１に設定している。ここで、樹脂層７２は、樹脂部７５のみからなり、例として、ＰＢＴ－ＧＦ３０（ポリブチレンテレフタレート ガラス繊維３０％）を想定した。なお、樹脂層７２は、接着部７４および樹脂部７５からなる場合、又は、接着部７４のみからなる場合にも、適宜、所定の比誘電率、誘電正接を有する材料を所定の厚さで適用できる。
なお、ガラス板の比誘電率、誘電正接は、同軸共振器法による測定装置を用い室温 ２４℃、湿度 ３０％の環境において３ＧＨｚにおける測定値である。また、ＰＢＴ－ＧＦ３０の比誘電率、誘電正接は、日本産業規格（ＪＩＳ Ｃ２５６５）に準拠する空洞共振器法による測定装置を用い室温 ２３℃、湿度 ４０％の環境において５ＧＨｚにおける測定値である。この他マイクロ波における比誘電率、誘電正接測定には日本産業規格（ＪＩＳ Ｒ １６４１：２００７）に規定されている平板測定用共振器を用いることができる。また、準ミリ波帯、ミリ波帯においても同様に空洞共振器法による方法、ファブリ・ペロー開放型共振器を用いる方法、導波管サンプルホルダを用いる方法、自由空間法による測定法が提案されており、これらの方法も使用可能である。ガラスの比誘電率は周波数上昇に伴い漸減し、ガラスの誘電正接は周波数上昇に伴い漸増することが知られている。なお、ガラスの比誘電率や誘電正接の実際の測定は、上記方法による測定確度、測定サンプルの形状により、ばらつきも生じ得る。しかし、所定の周波数範囲における比誘電率や誘電正接の値の変化が小さいため、後述するシミュレーションにおいては、所定の周波数での比誘電率や誘電正接の値を代表値（一定値）として、透過率（Ｓ２１パラメータ）を計算した。
樹脂層７２が無い場合（ｔ２＝０）、周波数Ｆ（＝２７．９ＧＨｚ）に対するガラス板７１の単体の透過係数Ｓ２１Ｇは、約－３．６９ｄＢである。これに対し、ガラス板７１の第１主面７７に厚さｔ２の樹脂層７２（この場合、樹脂部７５）を設けることによって、周波数Ｆに対する積層体７０の透過係数Ｓ２１ＧＲは増加する。ガラス板７１の第１主面７７に厚さｔ２が約１．３４ｍｍの樹脂層７２（この場合、樹脂部７５）を設けることによって、周波数Ｆにおける透過係数Ｓ２１ＧＲは、約－０．７６ｄＢまで改善する。このとき、ガラス板７１の単体の場合に対する改善量（Ｓ２１ＧＲ－Ｓ２１Ｇ）は、約２．９３ｄＢ（＝－０．７６－（－３．６９））である。この改善量は、『Ｓ２１ＧＲ－Ｓ２１Ｇ≧（Ｓ２１ＧＰ－Ｓ２１ＧＶ）×０．２』を十分に満足し、さらに『Ｓ２１ＧＲ－Ｓ２１Ｇ≧（Ｓ２１ＧＰ－Ｓ２１ＧＶ）×０．８』も満足する。なお、改善量（Ｓ２１ＧＲ－Ｓ２１Ｇ）は、ガラス板７１単体での所定周波数ＦにおけるＳ２１Ｇにもよるが、０．５０ｄＢ以上あればよく、１．００ｄＢ以上が好ましく、２．００ｄＢ以上がより好ましく、２．５０ｄＢ以上がさらに好ましい。
次に、本実施形態におけるアンテナシステム１０００の構成について、より詳細に説明する。
接着部７４は、具体例として、接着剤、接着テープなどが挙げられる。接着部７４の厚さｔ４は、透過損失を抑制する点で、０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下が好ましく、０．２ｍｍ以上１．８ｍｍ以下がより好ましい。厚さｔ４が０．１ｍｍ未満であると、０．１ｍｍ以上の場合に比べて、接着部７４の強度が低下するおそれがある。厚さｔ４が２．０ｍｍを超えると、２．０ｍｍ以下の場合に比べて、樹脂層７２の厚さｔ２の寸法精度が低下するおそれがある。
樹脂部７５は、具体例として、車両用の内装材でブラケットなどに用いられるＰＢＴ－ＧＦ３０（ポリブチレンテレフタレート ガラス繊維３０％）などが挙げられる。樹脂部７５は、透過損失を低減するうえで、比誘電率はガラス板７１の比誘電率に近く、誘電正接が低い樹脂が好ましい。しかし、樹脂部７５については、求められる強度、耐熱性等により、樹脂の種類、添加されるガラス繊維等のフィラーの種類や量も決定できる。また、樹脂部７５については、射出成形により作製される場合、成形性により樹脂の種類を適宜選択できる。樹脂部７５は、ＰＢＴ－ＧＦ３０に限らず、ＰＣ（ポリカーボーネート）やそのガラス繊維等のフィラー添加品やＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）とＰＣのポリマーアロイ、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）、ＡＳＡ（アクリロニトリル・スチレン・アクリルゴム）等、車両に用いられる樹脂が使用可能である。また、樹脂部７５が、射出成形によって得られる樹脂成形品であれば、ガラス面形状に沿うように作製できる。樹脂部７５の比誘電率は、透過損失を抑制する点で、１．５以上１０以下が好ましく、２．０以上８以下がより好ましい。
樹脂部７５の厚さｔ５は、透過損失を抑制できればとくに制限はないが、透過損失の抑制効果と小型化（低背化）の両方を実現する点で、０．２ｍｍ以上１０ｍｍ以下が好ましく、０．５ｍｍ以上８ｍｍ以下がより好ましい。また、上記の好ましい範囲であっても、透過損失を抑制できる樹脂部７５の厚さｔ５が複数存在する場合、その中でも薄い厚さｔ５であれば、より小型化（低背化）が実現でき、好ましい。しかし、樹脂部７５の厚さｔ５は、樹脂部７５の強度や製作方法（例えば射出成形）を考慮し決められる。
ガラス板７１の誘電正接は、透過損失を抑制する点で、３ＧＨｚ以上の周波数において、０．０５以下が好ましく、０．０１以下がより好ましい。接着部７４及び樹脂部７５の誘電正接も、透過損失の低減の点で、比較的低い値が好ましい。
ガラス板７１の比誘電率は、透過損失を抑制する点で、比較的低い値であればよく、３ＧＨｚ以上の周波数において、３以上９以下が好ましく、４以上８以下がより好ましい。
アンテナ７３は、誘電体であるガラス板７１の近接によるアンテナ７３単体の共振特性等に影響を与えない点で、樹脂層７２のうちガラス板７１側と対向する側の面から０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下の距離Ｄ離れて配置されることが好ましい。距離Ｄは、１ｍｍ以上９ｍｍ以下が好ましく、２ｍｍ以上８ｍｍ以下がより好ましい。
なお、アンテナ７３が平面アンテナであって、アンテナ面が樹脂層７２とガラス板７１との少なくとも一方に対して傾いている場合など、アンテナ７３と樹脂層７２との間の距離Ｄが部位によって異なる場合、距離Ｄは、各部位での距離の平均値で定義してもよい。また、アンテナ７３が平面アンテナであって、アンテナ面がガラス板７１に対して傾いている場合（非平行な場合）、アンテナ７３とガラス板７１との距離の平均値に基づいて、電波透過性が高くなるように樹脂層７２の厚さｔ２を調整してもよい。
次に、図５から図１５を参照して、樹脂層７２をガラス板７１の第１主面７７に設けた積層体７０の透過係数Ｓ２１のシミュレーション結果について説明する。なお、特に断りのない限り、ガラス板７１は、比誘電率を７、誘電正接を０．０１に設定している。また、接着部７４は、比誘電率を２、誘電正接を０．０１に設定し、例として、アクリルフォームテープを想定した。なお、シミュレーションにおいては平面波が垂直に入射するものとして計算した。
図５は、接着部７４の厚さｔ４が０ｍｍのときの（つまり、接着部７４が無いときの）積層体７０の透過係数Ｓ２１の周波数特性を例示する図である。図６は、接着部７４の厚さｔ４が０．４ｍｍのときの積層体７０の透過係数Ｓ２１の周波数特性を例示する図である。表１は、図５，６のシミュレーション条件とその結果をまとめて示している。なお、図５，６において、樹脂部７５は、比誘電率を３．６、誘電正接を０．０１に設定し、例としてＰＢＴ－ＧＦ３０（ポリブチレンテレフタレート ガラス繊維３０％）を想定した。なお、各部材の比誘電率、誘電正接は、とくに断りが無い場合、上述の規格に基づく値とし、とくに周波数Ｆとして２７．９ＧＨｚにおける値とした。すなわち、ガラス板７１は、同軸共振器法による測定装置を用いて得られる値であり、樹脂部７５はＪＩＳ Ｃ２５６５によって得られる値とした。
表１は、図５，６において、周波数Ｆが２７．９ＧＨｚのときに積層体７０の透過係数Ｓ２１Ｇが極大になる樹脂部７５の厚さｔ５を示している。周波数Ｆが２７．９ＧＨｚにおいて、厚さｔ１が３．１ｍｍのガラス板７１の単体の透過係数Ｓ２１は約－３．６９ｄＢである。つまり、ガラス板７１の第１主面７７に樹脂層７２を設けた図５，６のいずれの場合も、ガラス板７１の単体の場合に比べて、２７．９ＧＨｚにおける透過係数Ｓ２１が改善し、図５では約２．９３ｄＢ、図６では約２．８６ｄＢ改善する。
図７は、接着部７４の厚さｔ４が０ｍｍのときの（つまり、接着部７４が無いときの）積層体７０の透過係数Ｓ２１の周波数特性を例示する図である。図８は、接着部７４の厚さｔ４が０．４ｍｍのときの積層体７０の透過係数Ｓ２１の周波数特性を例示する図である。表２は、図７，８のシミュレーション条件とその結果をまとめて示している。なお、図７，８において、樹脂部７５は、比誘電率を５、誘電正接を０．０１に設定し、例としてポリウレタン樹脂、ポリクロロプレンゴム、ニトリルゴムを想定した。
表２は、図７，８において、周波数Ｆが２７．９ＧＨｚのときに積層体７０の透過係数Ｓ２１Ｇが極大になる樹脂部７５の厚さｔ５を示している。周波数Ｆが２７．９ＧＨｚにおいて、厚さｔ１が３．１ｍｍのガラス板７１の単体の透過係数Ｓ２１は約－３．６９ｄＢである。つまり、ガラス板７１の第１主面７７に樹脂層７２を設けた図７，８のいずれの場合も、ガラス板７１の単体の場合に比べて、２７．９ＧＨｚにおける透過係数Ｓ２１が改善し、図７では約３．２４ｄＢ、図８では約３．０７ｄＢ改善する。
図９は、接着部７４の厚さｔ４が０ｍｍのときの積層体７０の透過係数Ｓ２１の周波数特性を例示する図である。図１０は、接着部７４の厚さｔ４が０．４ｍｍのときの積層体７０の透過係数Ｓ２１の周波数特性を例示する図である。図１１は、ガラス板７１の単体の透過係数Ｓ２１の周波数特性を例示する図である。表３は、図９～１１におけるシミュレーション条件とその結果をまとめて示している。なお、図９～１１において、樹脂部７５は、周波数Ｆとして３９ＧＨｚにおける比誘電率を３．６、誘電正接を０．０１に設定し、例としてＰＢＴ－ＧＦ３０（ポリブチレンテレフタレート ガラス繊維３０％）を想定した。
表３は、図９，１０において、周波数Ｆが３９ＧＨｚのときに積層体７０の透過係数Ｓ２１Ｇが極大になる樹脂部７５の厚さｔ５を示している。また、表３は、図１１において、周波数Ｆが３９ＧＨｚのときのガラス板７１の単体の透過係数Ｓ２１が約－１．２４ｄＢであることを示している。つまり、ガラス板７１の第１主面７７に樹脂層７２を設けた図９，１０のいずれの場合も、ガラス板７１の単体の場合に比べて、３９ＧＨｚにおける透過係数Ｓ２１が改善し、図９では約０．８８ｄＢ、図１０では約０．８５ｄＢ改善する。
図１２は、接着部７４の厚さｔ４が０ｍｍのときの積層体７０の透過係数Ｓ２１の周波数特性を例示する図である。図１３は、接着部７４の厚さｔ４が０．４ｍｍのときの積層体７０の透過係数Ｓ２１の周波数特性を例示する図である。図１４は、接着部７４の厚さｔ４が０．４ｍｍのときの積層体７０の透過係数Ｓ２１の周波数特性を例示する図である。図１５は、ガラス板７１の単体の透過係数Ｓ２１の周波数特性を例示する図である。表４は、図１２～１５におけるシミュレーション条件とその結果をまとめて示している。なお、図１２～１５において、樹脂部７５は、周波数Ｆとして７９ＧＨｚにおける比誘電率を３．６、誘電正接を０．０１に設定し、例としてＰＢＴ－ＧＦ３０（ポリブチレンテレフタレート ガラス繊維３０％）を想定した。
表４は、図１２～１４において、周波数Ｆが７９ＧＨｚのときに積層体７０の透過係数Ｓ２１Ｇが極大になる樹脂部７５の厚さｔ５を示している。なお、樹脂部７５の厚さｔ５を１．１８ｍｍに設定すると、図１３の測定時での極大値（≒－１．３８ｄＢ）よりも大きな透過係数Ｓ２１（≒－１．２９ｄＢ）となった（図１４参照）。また、表４は、図１５において、周波数Ｆが７９ＧＨｚのときのガラス板７１の単体の透過係数Ｓ２１が約－３．３７ｄＢであることを示している。つまり、ガラス板７１の第１主面７７に樹脂層７２を設けた図１２～１４のいずれの場合も、ガラス板７１の単体の場合に比べて、７９ＧＨｚにおける透過係数Ｓ２１が改善し、図１２では約２．３６ｄＢ、図１３では約１．９９ｄＢ、図１４では約２．０８ｄＢ改善する。
図１６は、アンテナセットの第１の構成例を示す部分断面図である。図１６に示すアンテナセット２Ａは、窓ガラス１２０に取り付けられている。以下、アンテナセット２Ａは、車両用の窓ガラスに取り付ける場合を例にして説明する。
図１６において、アンテナセット２Ａは、２つのアンテナ１３，１４を備えているが、１つ又は３つ以上のアンテナを備えてもよい。２つのアンテナ１３，１４は、例えば、同じ周波数帯の電波を送受できる構成でもよく、異なる周波数帯の電波を送受できる構成でもよい。アンテナセット２Ａが、３つ以上のアンテナを備える場合も各々、仕様に合わせて適宜、送受できる周波数帯を設定すればよい。また、アンテナセットは、窓ガラス等の誘電体の近傍に設けられてもよいし、誘電体に貼り付け又は内蔵等により直接設けられてもよい。また、取り付けるアンテナセット２Ａ近傍の誘電体は、窓ガラスに限られず、ピラーに貼り合わされたガラス、さらには樹脂等でもよい。２つのアンテナ１３，１４（アンテナセット２Ａ）は、例えば、車両の一部として車室内のインストルメントパネルや内張りなどの樹脂部材近傍に取り付けてもよく、アンテナ１３，１４を支持するブラケットとともに、車室内ルーフに取り付けてもよい。後述のアンテナセットについても同様である。
アンテナセット２Ａは、アンテナ１３，１４を、基板５３，５４を介して支持するブラケット１２１Ａを備える。なお、アンテナ１３，１４が平面アンテナの場合、基板５３，５４の面に所定の形状のアンテナパターンが備わっていればよい。また、基板５３，５４の面は、窓ガラス１２０の面に平行に配置されてもよく、傾いて配置されてもよい。ブラケット１２１Ａは、アンテナ１３，１４の少なくとも一部を覆う部分であるカバー部１７９と、カバー部１７９の上下両端から伸びるフランジ部１７９ａとを有する。ブラケット１２１Ａは、アンテナ１３，１４が窓ガラス１２０とカバー部１７９との間の空間に位置するように、窓ガラス１２０の表面に取り付けられる。フランジ部１７９ａは、接着剤又は接着テープ等の接着部材１７８により窓ガラス１２０の表面に接着される。
アンテナセット２Ａは、樹脂板１７２がアンテナ１３，１４と窓ガラス１２０との間に位置するように、窓ガラス１２０の表面にフランジ部１７９ａで接着部材１７８により接着される。樹脂板１７２は、上述の樹脂部７５（又は、単層の樹脂層７２）の一例であり、ブラケット１２１Ａとは別の部材である。樹脂板１７２は、例えば、窓ガラス１２０の表面に（不図示の）接着部７４を介して貼付されてもよい。接着部７４がない場合、樹脂板１７２を窓ガラス１２０の表面に物理的に接触させるように樹脂板１７２を固定させる他の部品を設けてもよい。又は、接着部７４の有無を問わず、樹脂板１７２を窓ガラス１２０との間に挟み込む爪状の突起部１７９ｂを、ブラケット１２１Ａの内側のうちフランジ部１７９ａの近傍に設けてもよい。この場合、樹脂部である樹脂板１７２がブラケット１２１Ａとは別の部材であるので、樹脂板１７２の厚さ等の寸法や素材の変更が容易になり、透過損失の抑制度合いを容易に調整できる。その結果、アンテナ利得を事後的に調整することが容易になる。
図１７は、アンテナセットの第２の構成例を示す部分断面図である。図１７に示すアンテナセット２Ｂは、窓ガラス１２０に取り付けられている。上述のアンテナセットと同様の点については、上述の説明を援用することで省略する。
アンテナセット２Ｂは、アンテナ１３，１４を、基板５３，５４を介して支持するブラケット１２１Ｂを備える。ブラケット１２１Ｂは、アンテナ１３，１４の少なくとも一部を覆う部分であるカバー部１７９と、カバー部１７９の上下両端から伸びるフランジ部１７９ａと、カバー部１７９との間に空間を形成するベース部１７５とを有する。ブラケット１２１Ｂは、アンテナ１３，１４が窓ガラス１２０とカバー部１７９との間の空間に位置するように、窓ガラス１２０の表面に取り付けられる。フランジ部１７９ａ及びベース部１７５は、接着剤又は接着テープ等の接着部材１７４により窓ガラス１２０の表面に接着される。
アンテナセット２Ｂは、ベース部１７５がアンテナ１３，１４と窓ガラス１２０との間に位置するように、窓ガラス１２０の表面にフランジ部１７９ａ及びベース部１７５で接着部材１７４により接着される。ベース部１７５は、上述の樹脂部７５の一例であり、ブラケット１２１Ｂの一部分である。接着部材１７４は、上述の接着部７４の一例である。ベース部１７５及び接着部材１７４は、上述の樹脂層７２の少なくとも一部を含む部分である。樹脂部であるベース部１７５がブラケット１２１Ｂの一部分であるので、透過損失の抑制とアンテナの取り付けやすさの向上の両立を図ることができる。
図１８は、アンテナセットの第３の構成例を示す部分断面図である。図１８に示すアンテナセット２Ｃは、窓ガラス１２０に取り付けられている。上述のアンテナセットと同様の点については、上述の説明を援用することで省略する。
アンテナセット２Ｃは、アンテナ１３，１４を、基板５３，５４を介して支持するブラケット１２１Ｃを備える。ブラケット１２１Ｃは、アンテナ１３，１４の少なくとも一部を覆う部分であるカバー部１７９と、カバー部１７９の上下両端から伸びるフランジ部１７９ａと、カバー部１７９との間に空間を形成するベース部１７５とを有する。ブラケット１２１Ｃは、アンテナ１３，１４が窓ガラス１２０とカバー部１７９との間の空間に位置するように、窓ガラス１２０の表面に取り付けられる。フランジ部１７９ａは、接着剤又は接着テープ等の接着部材１７８により窓ガラス１２０の表面に接着される。
アンテナセット２Ｃは、ベース部１７５がアンテナ１３，１４と窓ガラス１２０との間に位置するように、窓ガラス１２０の表面にフランジ部１７９ａで接着部材１７８により接着される。ベース部１７５は、上述の単層の樹脂層７２（つまり、接着部７４がない形態）の一例であり、ブラケット１２１Ｃの一部分である。ベース部１７５は、上述の樹脂層７２の少なくとも一部を含む部分である。樹脂部であるベース部１７５がブラケット１２１Ｃの一部分であるので、透過損失の抑制とアンテナの取り付けやすさの向上の両立を図ることができる。
以上、アンテナシステムを実施形態により説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。他の実施形態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。
例えば、ガラス板は、車両用に限られず、建物用でもよいし、電子機器用でもよい。また、ガラス板は、窓ガラスに限られず、ガラス板の用途は、窓ガラス以外でもよい。
本国際出願は、２０１８年１１月２２日に出願した日本国特許出願第２０１８－２１９４０６号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第２０１８－２１９４０６号の全内容を本国際出願に援用する。
２Ａ，２Ｂ，２Ｃ アンテナセット
１３，１４ アンテナ
５３，５４ 基板
７０ 積層体
７１ ガラス板
７２ 樹脂層
７３ アンテナ
７４ 接着部
７５ 樹脂部
７６ 第２主面
７７ 第１主面
１０００ アンテナシステム
１２０ 窓ガラス
１２１Ａ，１２１Ｂ，１２１Ｃ ブラケット
１３，１４ アンテナ
５３，５４ 基板
７０ 積層体
７１ ガラス板
７２ 樹脂層
７３ アンテナ
７４ 接着部
７５ 樹脂部
７６ 第２主面
７７ 第１主面
１０００ アンテナシステム
１２０ 窓ガラス
１２１Ａ，１２１Ｂ，１２１Ｃ ブラケット
Claims (20)
- 厚さが１．１ｍｍ以上のガラス板と、
前記ガラス板の一方の主面と接触する樹脂層と、
前記樹脂層に対して前記ガラス板が位置する側とは反対側に位置し、前記樹脂層から離れて配置されるアンテナとを備え、
前記樹脂層は、厚さが０．２ｍｍ以上１０ｍｍ以下であり、
周波数３ＧＨｚ以上の所定の周波数をＦとし、
周波数Ｆの入射電波に対する、前記ガラス板の単体の透過係数Ｓ２１をＳ２１Ｇ［ｄＢ］とし、
周波数Ｆの入射電波に対する、前記ガラス板および前記樹脂層を含む積層体の透過係数Ｓ２１をＳ２１ＧＲ［ｄＢ］とし、
前記ガラス板の単体の透過係数Ｓ２１が極大になる入射電波の周波数のうち周波数Ｆに最も近い周波数をＦＰとし、
周波数ＦＰの入射電波に対する、前記ガラス板の単体の透過係数Ｓ２１をＳ２１ＧＰ［ｄＢ］とし、
前記ガラス板の単体の透過係数Ｓ２１が極小になる入射電波の周波数のうち周波数Ｆに最も近い周波数をＦＶとし、
周波数ＦＶの入射電波に対する、前記ガラス板の単体の透過係数Ｓ２１をＳ２１ＧＶ［ｄＢ］とするとき、
Ｓ２１ＧＲ－Ｓ２１Ｇ≧（Ｓ２１ＧＰ－Ｓ２１ＧＶ）×０．２
が成立する、アンテナシステム。 - 前記樹脂層は、樹脂部と、前記一方の主面と前記樹脂部との間に介在する接着部とを有する、請求項１に記載のアンテナシステム。
- 前記接着部は、厚さが０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である、請求項２に記載のアンテナシステム。
- 前記樹脂層は、単層の樹脂部からなる、請求項１に記載のアンテナシステム。
- 前記樹脂部は、比誘電率が１．５以上１０以下である、請求項２から４のいずれか一項に記載のアンテナシステム。
- 前記樹脂部は、前記アンテナを支持するブラケットとは別の部材または前記ブラケットの一部分である、請求項２から５のいずれか一項に記載のアンテナシステム。
- 前記ガラス板は、誘電正接が０．０５以下である、請求項１から６のいずれか一項に記載のアンテナシステム。
- 前記ガラス板は、比誘電率が３以上９以下である、請求項１から７のいずれか一項に記載のアンテナシステム。
- 前記アンテナは、前記樹脂層から０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下離れて配置される、請求項１から８のいずれか一項に記載のアンテナシステム。
- 前記アンテナは、ブラケットによって支持され、
前記ブラケットの材料は、前記樹脂層と同じ材料を含む、請求項１から９のいずれか一項に記載のアンテナシステム。 - 前記ブラケットは、前記樹脂層の少なくとも一部を含む部分と、前記アンテナの少なくとも一部を囲う部分とを有する、請求項１０に記載のアンテナシステム。
- 周波数Ｆは、５～６ＧＨｚの範囲に含まれる、請求項１から１１のいずれか一項に記載のアンテナシステム。
- 周波数Ｆは、２６～２９ＧＨｚの範囲に含まれる、請求項１から１１のいずれか一項に記載のアンテナシステム。
- 周波数Ｆは、３８～４０ＧＨｚの範囲に含まれる、請求項１から１１のいずれか一項に記載のアンテナシステム。
- 周波数Ｆは、５７～６６ＧＨｚの範囲に含まれる、請求項１から１１のいずれか一項に記載のアンテナシステム。
- 周波数Ｆは、７６～８１ＧＨｚの範囲に含まれる、請求項１から１１のいずれか一項に記載のアンテナシステム。
- Ｓ２１Ｇ≦－（Ｓ２１ＧＰ－Ｓ２１ＧＶ）×０．５
が成立する、請求項１から１６のいずれか一項に記載のアンテナシステム。 - Ｓ２１ＧＲ－Ｓ２１Ｇで表される改善量は、０．５０ｄＢ以上である、請求項１から１７のいずれか一項に記載のアンテナシステム。
- 前記ガラス板は、窓ガラスである、請求項１から１８のいずれか一項に記載のアンテナシステム。
- 前記窓ガラスは、車両用窓ガラスである、請求項１９に記載のアンテナシステム。
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- 2021-05-17 US US17/322,153 patent/US20210273321A1/en active Pending
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