JPH0374845B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］ この発明は自動車のFM放送受信用の主アンテ
ナとしてあるいはアンテナダイバシテイ受信方式
の所謂サブアンテナとして好適なアンテナ装置に
係り、特に自動車のガラス部にアンテナエレメン
トを取付けるアンテナ装置に関するものである。 ［従来技術］ 従来、自動車のFM放送受信用アンテナとして
は、第４図に示す１７，１８，１９のような自動
車の前側部、屋根部あるいはトランク部等に設置
されたホイツプアンテナが一般的に用いられてい
る。 近年自動車のリアーガラス部を利用して取付け
る構成のものもよく用いられている。 この種のものには、第５図に示すようなリアー
ガラスに設けられた曇り止めのヒーター線２０を
アンテナエレメントにも兼用したものとか、ガラ
スの面のうちでヒーター線がない部分に別途アン
テナエレメント２１を設けたもの、あるいはまた
前二者を組合せた構成としたもの等が用いられて
いる。 また、テレビ放送を目的としたアンテナについ
て、フロント、リアー、サイドの窓ガラスに種々
のアンテナパターンを試みたことに関して昭和59
年７月５日発行の電波新聞ハイテクノロジー紙に
記載がある。 ［発明が解決しようとする問題点］ 前記の従来より用いられているアンテナのうち
ホイツプアンテナは感度、指向特性の点からは良
好な特性を有しているが、通常１メートル前後の
長さで車体の外側へと突出しているために、洗車
機を利用する際にはアンテナをあらかじめ引込め
るとか、一時的に外す必要がある。また走行時に
風雪音を発生させる、盗難に遭う危険性がある、
アンテナの取付が容易でなく、特にダイバシテイ
受信方式とするためにサブアンテナを追加する際
にわずらわしい、等々の欠点があつた。 窓ガラスアンテナ装置の場合には、アンテナエ
レメントを車内に設置するので前記したようなホ
イツプアンテナの欠点はほぼクリアーしてはいる
ものの、アンテナの基本性能である指向特性が良
くなく、感度の点でも車外に設けられたエレメン
ト長が1/4波長程度のホイツプアンテナよりも一
段劣るものであつた。 またリアーガラス上に設けられてヒーター線と
アンテナエレメントを兼用しているもの、または
ヒーター線とアンテナエレメントが近接している
ものにあつては、電源からのノイズを受け易いと
いう欠点を有している。 一方車輛が走行しながらFM放送を受信する時
には、受信アンテナには放送アンテナからの直接
波の他に、地面よりの反射波、道路の近くにある
建造物よりの反射波等も同時にキヤツチされ、そ
れらの干渉によつてマルチパス障害という現象が
あることはよく知られている。 この問題を解決するための一つの方法として、
アンテナダイバシテイ方式の受信装置が実用化さ
れている。 このダイバシテイ受信装置は、ある距離をおい
て設けられた、または指向性の向きを異なつた方
向に向けて設けられている複数のアンテナの出力
を常時監視しておき、複数のアンテナの出力の大
きいものを使用するように切換える、あるいは現
在接続しているアンテナからの出力があるレベル
を下回つた時に別のアンテナに切換えるようにし
たものである。 このようなダイバシテイ装置においては少なく
とも２本のアンテナが必要である。すなわち、従
来のアンテナに加えて更に別のアンテナを追加し
なければならず、その際前記したような問題点を
もたない、あるいは設置上の制約の少ない、また
取付も容易なものが望まれる。 次に第１９図に示したのは全長90cmのホイツプ
アンテナのインピーダンス特性の実測例をスミス
チヤート上に表現したもので、チヤートの中心を
同軸ケーブルのインピーダンス75オームとしてい
る。このアンテナのインピーダンスはFMバンド
のほぼ中心で75オーム純抵抗となつている。 第２２図および第２３図は、それぞれこのアン
テナの指向特性であつて、測定時に送信側アンテ
ナを垂直偏波、水平偏波とした時の特性である。 また、第１０図、第１１図、第１２図は第１０
図ａに示すようにフロントガラスの内側の左上の
位置にアンテナの出力部を固定してエレメントと
して巾10mm厚み0.3mmの銅箔を用い、その長さを
変化させてインピーダンス特性を測定した例で、
チヤート上で、インピーダンスが大きく外れてお
り、従つて感度も良くないことが示されている。 第１０図はエレメントの長さが1/4波長（90.4
cm）、第１１図は1/7波長（51.6cm）、第１２図は
１／８波長（45.2cm）の時の測定値である。 ［問題点を解決するための手段］ 第１図は本発明の一実施例を示すもので、１は
自動車のフロントガラス、２はアンテナエレメン
トであり銅箔３を内蔵する形で作られた透明材質
のステツカーのようなもので、車の内側より貼つ
たもの、４は同軸ケーブルの先端部、５はアンテ
ナエレメントの出力端と同軸ケーブルの外被線で
その先端は車体に接続されている。７は自動車の
フロントピラーであり、１２はハンドルである。 第２図は第１図に示したアンテナ装置を運転手
席より見た状態を示している。第１図と共通なも
のは、同じ数字を付している。８はサンバイザー
で９はその回転軸、９ａはそれを車体に固定する
ための基部であり、１０は固定用ビス、１１は同
軸ケーブルの外被線の先端に半田で接続されたラ
グであり、基部９ａと共に車体の金属製構造物に
ビス１０によつて締め結けられ固定されると同時
に電気的接続が行われ、同軸ケーブルの所謂アー
スがとられる。 第３図は第１図のアンテナエレメント２の構造
を具体的に示すもので、第３図ａはその平面図、
第３図ｂはその断面図である。透明なプラスチツ
クフイルム１３と１４は銅箔のような導電体１５
をはさむ形で熱圧着等の方法で接合されており、
フイルム１３の裏面には接着剤が塗布されてい
て、窓ガラスの表面に固定できるようになつてい
る。導電体１５の１端は露出していて、出力端子
となつている。 第２５図は本発明のアンテナエレメントにバツ
フアーアンプを接続して用いる場合の一実施例で
ある。 図面中、AEはアンテナエレメントでありＧは
車体に接続することを示す。R₁はアンテナエレ
メントに誘起された静電気をアースに逃がすため
の高抵抗である。 C₁〜C₃、L₁〜L₃で構成されている回路は、C₁、
C₂、L₁よりなるハイパスフイルターとL₂、L₃、
C₃よりなるローパスフイルターに分解され、両
者でもつてFM放送帯に於いて、バンドパス特性
を示すようにされている。 ［発明の作用］ 次に本発明の原理を以下第６図乃至第９図を用
いて説明する。 第６図は本発明の実施例を平行結合したストリ
ツプライン構造で説明する図である。 ピラー３１は、自動車本体部と屋根という大面
積の金属部、即ち零電位に両端が接続されたスト
リツプラインとして表現される。 また、それに平行して設けられたアンテナエレ
メント３２は、両端解放のエレメントであつてそ
の一端に接続用の端子３３が設けられている。 第７図は同実施例を分布定数回路で表現したも
のである。第６図におけるピラー３１は、両端が
接地されており、長さが対象とするFM放送帯域
に於いて、λ／２（≒1.8ｍ）以下であるので、イ
ンダクテイブとなり、第７図に於いてはインダク
タンス３５と放射抵抗３４として表現される。第
６図のアンテナエレメント３２は両端解放でか
つ、長さをλ／４以下とすればキヤパシテイブと
なり第７図に於いては放射抵抗３７とキヤパシタ
ンス３８として表現される。 またトランス３６は第６図のピラー３１とアン
テナエレエント３８との結合を現している。 第８図は第７図の分布定数回路を集中定数回路
として書き換えたもので、第８図の放射抵抗３９
は第７図の３４に、同じくインダクタンス４０は
３５、トランス４１は３６、放射抵抗４２は３
７、キヤパシタンス４３は３８に対応している。 第９図は第８図の回路を更に最終的な等価回路
として現したもので、合成された放射抵抗４４と
合成されたリアクタンスすなわちインダクタンス
４５、キヤパシタンス４６よりなる直列共振回路
として表現される。 すなわちFM受信帯域に於いて、ピラー部がイ
ンダクタンスとして、アンテナエレメント部がキ
ヤパシタンスとして作用し、同受信帯域内に共振
点を持つてこれる可能性が示されている。 次の第２５図に示すバツフアーアンプの回路の
作用を説明する。 まず同図の中でアンテナエレメントAEの出力
端からQ₁のゲートまでの部分をとり出すと第２
７図のようになる。 次に第２７図の回路が有する一つの特性を説明
する。 計算の用意さの為に、C₁＝C₂＝Ｃ、L₁＝Ｌ、
L₂＝L₃＝L′、C₃＝C′とする。 この回路のＦパラメータを計算すると、 ここで、前段のハイパスフイルターと後段のロ
ーパスフイルターの中心周波数を同一にとるとす
ると、 ω₀ ²LC＝ω₀ ²L′C′＝１ これを式１に代入すると ここでLC＝L′C′だから、 L′／Ｌ＝Ｃ／C′＝ｎとおくと (F)＝1/n ００ ｎ ……式２ となる。 ところで、第２８図に示される理想トランスに
於いて１次側に対する２次側の巻線比をｎとする
と V₂＝nV₁，I₂＝（１／ｎ）×I₁ が成立する。これをマトリツクスで表現すると V₁ I₁＝1/n ００ ｎV₂ I₂＝(F)V₂ I₂ これと前記式２とを比較すると第２７図の回路に
よつても入力よりも高い電圧を得ることが原理的
に可能であることが示される。 次に第２７図の回路に第２９図のように、実際
の信号源インピーダンスをR_S、負荷インピーダ
ンスR_Lを接続した時のＦパラメータ（F′）を求
める。 とすると、回路は第３０図のように表わされ 電圧利得Ge＝V_O／V_S＝１／A′＝１／１／ｎ＋ｎR_S／R_C となり、R_S／R_Lを一定とする時、Geは

【式】の時に最大となり、その時の電 圧利得Gemaxは として与えられる。 従つて仮に信号源インピーダンスR_Sが75オー
ムのアンテナをこの回路に接続し、回路の出力部
を300オームでターミネートした場合には となり信号源インピーダンスが75オームのアンテ
ナに75オームの負荷を直接に接続する場合には、
信号源電圧の1/2の電圧が負荷に現れるので、そ
れと比較をすると、２倍の電圧を取り出せること
が示される。 次にQ₁の回路について説明する。Q₁はFETで
ありドレイン出力は巻線比が１：１のトランス
T₁によつて、ソースにネガテイブフイードバツ
クされ、利得は１であるが従来より使われている
トランジスタのエミツターフオロワー方式と同じ
ような低出力インピーダンスを得ると共に、NF
が小さく、かつダイナミツクレンジの広いバツフ
アーアンプを形成している。 第２５図の回路全体として見ると、C₁〜C₃、
L₁〜L₃よりなるフイルター部で、入力電圧を高
くした上で、Q₁によつて定出力をインピーダン
ス回路が接続されているので、フイルター部の入
力・出力インピーダンスを前記のようにそれぞれ
75オーム、300オームとすることによつて、約
6dBの利得を実現している。 またフイルター部は落雷時にアンテナに誘導さ
れるサージ電圧をブロツクする役割をも果してい
る。 ［実施例］ 既に述べたようにFM放送の周波数帯域におい
て、自動車のピラー部がインダクテイブな素子と
して作用すること、1/4波長より短い長さの導体
がキヤパシテイブな素子として作用するので、そ
の二者が相互に誘導関係を持つ位置に配置するこ
とによつて受信帯域内で共振（同調）させ得る可
能性を示したが、以下実験データをもとに、それ
が実現できることと、そのための条件について説
明する。 第１３図ｂ、第１４図、第１５図アンテナエレ
メントを第１３図ａに示すようにフロントピラー
より30mm離して上下方向に設けた時の測定値を示
す。なお、エレメントの上端はフロントガラスの
ほぼ上限一杯のところに来るようにしている。第
１３図ｂ、第１４図、第１５図のデータはエレメ
ントの長さがそれぞれ1/4、1/7、1/8波長の場合
のものであり、1/4波長の時に75MHz付近で実軸
を横切つており、共振が認められる。 尚、エレメントの長さを1/4波長とした時、エ
レメントの形はフロントガラスの上下方向の制約
から上端より60cmのところでピラー側に直角に曲
げて横向きに伸ばしてから、また上に立ち上げる
という形、Ｊ字型のパターンで測定した。平行す
るエレメントの間隔はエツジ部で10mmとした。 次に第１６図はエレメント長を1/6波長（60.2
cm）とした時の測定値であり、第１７図は長さが
同一で銅箔の巾を10mmから５mmに変えた時の測定
値である。 第１８図は銅箔の巾を10mm、長さは1/6波長と
して別の自動車を用いて測定した値であり、ピラ
ーからエレメントの距離Ｄを変化させている。デ
ータはチヤートの外周側よりＤ＝30mm、55mm、
110mmの順で示されており、この自動車の場合Ｄ
＝110mmの時に、アンテナインピーダンスが同軸
ケーブルのインピーダンスに非常に近接したもの
となつていることが分かる。 以上の結果より、自動車の車種、アンテナエレ
メントの種類によつて若干の変動はあるものの、
ピラーの近傍に1/4波長以下の長さにアンテナエ
レメントを設置するとエレメント長が1/4波長よ
りかなり短くても受信周波数帯域内において共振
させられること、またアンテナのインピーダンス
を同軸ケーブルのインピーダンスに近づけられる
ことが明らかである。 第１８図のデータから、このアンテナの出力端
子に75ホームの同軸ケーブルを直接に接続して使
用できることは明白であるが、第２６図に示した
ようなバツフアーアンプを介して受信機のアンテ
ナ入力回路に接続すると、受信帯域内でアンテナ
インピーダンスが変化することによるインピーダ
ンスのミスマツチングによるロスを防止できる。 バツフアーアンプを使用する場合には、この回
路部を小型の筐体に収納してアンテナの出力端子
の傍に設けかつ回路のアースをアンテナ単独で使
用する時と同じくアンテナエレメントの出力端子
のごく近傍にて車体の金属部に接続するので望ま
しい。 なお、第２５図の回路ではバツフアーアンプへ
の電源Vccを供給するための線が、信号線の他に
必要であるが、第２６図のようにすれば、バツフ
アーアンプと受信機とを同軸ケーブルで接続し、
電源電圧Vccを信号線に重畳して送ることで、リ
ード線の数を減らせる。同図中Ｃ６，Ｃ７は直流
阻止用コンデンサー、CH１，CH２は信号を阻
止するためのチヨークコイルである。 次に第２４図は本願のアンテナと従来用いられ
ているホイツプ型のアンテナの感度を比較したも
のであり、各アンテナともバツフアーアンプなし
の条件で測定している。 測定はFM放送帯域内の３つの周波数において
受信機の検波出力がSN比が30dBとなるため必要
な試験用の送信側アンテナ入力の値はいくらかと
いう形で行なつたものである。 従つて、グラフで下の方にプロツトされたアン
テナ程感度が高いことになる。第２４図で１は自
動車のピラー部から引き出されるタイプのアンテ
ナで長さを90cmとしたもの、２は本願のアンテ
ナ、３は車の屋根に設置された90cmのホイツプア
ンテナ、４はアンテナを全部引き出し138cmとし
たものである。 このグラフより本願のアンテナが従来の良質な
ホイツプ式アンテナと同等の感度を有しているこ
とが示されている。 第２０図および第２１図は本願アンテナの指向
特性であり、第２２図と第２３図と同じく、それ
ぞれ送信側アンテナを垂直偏波、水平偏波とした
時の特性である。 第３１図は本願の別実施例を示すもので、アン
テナエレメントを単に短冊型の金属箔やワイヤー
でなくエレメント自体を図形・文字の形とし、各
図形文字等を細い導電部材で接続したものであ
り、図形全体の長さが所定の長さとなつておれば
通常のアンテナエレメントと同じ性能が得られ
る。 このパターンは前記のように独立した図形間を
導電部材で接続しても良く、あるいは一筆書きの
ような図形とすれば金属箔よりプレスの一工程で
打抜くことも容易にできる。 図形の上に印刷を施すことによつて図形を目立
たせるとか、フイルム部を無色透明でなく、着色
したものを用いるとか、図形以外の部分を図形と
別の色で印刷することによつてそれとのコントラ
ストによつてより図形を目立たせることは公知の
方法の組み合せによつて容易である。 なお、フイルム部を無色透明としたものは、図
形以外の部分は視界の妨げにならないという利点
もある。 ［発明の効果］ 以上述べたように、本発明は自動車のピラー部
がFM放送の周波数帯域において、インダクテイ
ブな様子として作用すること、また1/4波長以下
のアンテナエレメントがキヤパシテイブな素子と
して作用することに着目し、このアンテナエレメ
ントをピラーの近傍に設置することによつて二つ
の素子間の間の相互作用をさせ受信帯域内で共振
させることにより、完成されたものであり1/4波
長以下の長さのエレメントを車内に取付けること
によつて車外に突出するタイプの1/4波長の長さ
を持つホイツプアンテナと同等の性能を得たもの
である。また取付も容易である。 また、アンテナエレメントの形状を文字・図形
の形を組合せたものとすることによつてアンテナ
としての機能と共に、車の所有車の名前とか、あ
るメツセージを伝えるとか種々の用途に余計なス
ペースを用いずに利用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す図、第２図は
前記実施例を運転席側より見た図、第３図ａはア
ンテナエレメントの構成を示す図、同図ｂは同断
面図、第４図は従来のホイツプアンテナの取付例
を示す図、第５図は従来の窓ガラスアンテナを示
す図、第６図は実施例をストリツプライン構造で
説明する図、第７図は実施例の分布定数回路図、
第８図は実施例の集中定数回路図、第９図は実施
例の等価回路図、第１０図ａアンテナエレメント
の位置を示す図、第１０図ｂ〜第１２図は従来の
エレメントを水平に設けたアンテナのインピーダ
ンスカーブ、第１３図ａはアンテナエレメントの
位置を示す図、第１３図ｂ〜第１８図は本願の構
成でのインピーダンスカーブ、第１９図は従来の
ホイツプアンテナのインピーダンスカーブ、第２
０図は実施例の垂直偏波受信時の指向特性、第２
１図は実施例の水平偏波受信時の指向特性、第２
２図は従来のホイツプアンテナの垂直偏波受信時
の指向特性、第２３図は従来のホイツプアンテナ
の水平偏波受信時の指向特性、第２４図はアンテ
ナの感度比較図、第２５図はバツフアーアンプを
使用する実施例を示す図、第２６図はバツフアー
アンプへの給電例を示す図、第２７図はバツフア
ーアンプのフイルタ部の回路図、第２８図は理想
トランスを示す回路図、第２９図は実施例のフイ
ルター部に電荷を接続した回路図、第３０図は負
荷条件をパラメーターに含むた時の回路図、第３
１図はアンテナエレメントの他の実施例を示す図
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ フロントガラス、リアーガラスまたはサイド
   ガラス等の側部に金属等の導電部を有するピラー
   を備えた車輛に設置されるアンテナ装置であつ
   て、 受信電波の1/4波長以下の長さのアンテナエレ
   メントを、前記ガラスの表面もしくは前記ガラス
   の中に、前記ピラーから所定距離を置いて設けた
   ことを特徴とする車両用アンテナ装置。